城市生活污水处理碳排放情况分析——以重庆市为例

侯娇娜 刘 婷

（1 山西工程职业学院 山西太原 030009 2 山西师范大学 山西太原 030031）

引言

目前，我国经济社会发展正处于全面绿色低碳转型期。2020 年9 月，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上庄严宣告：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和。”《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》也提出，碳排放强度下降18%的量化目标。而污水处理作为碳排放密集的行业之一，污水处理过程产生的碳排放占全球碳排放的1.6%[1]；根据《中华人民共和国气候变化 第二次两年更新报告》，污水处理碳排放占全国碳排放总量接近1%。同时，进入21世纪以来，我国城镇常住人口随着城镇化率的不断提高，年均增速达到6.1%，人口向地级市、省会城市等地区流动加快，城市供给侧生产率提升和需求侧消费能力增强，资源消耗导致碳排放量快速上升[2]，加之城市本身存在的高温热浪、热岛效应等环境问题[3]，城市温室气体减排也成为提高居民生活幸福指数进而增强城市吸引力的必要手段。因此，对城市生活污水处理造成的碳排放量进行核算并探究碳减排路径十分必要。重庆市是国务院批复的国家重要的中心城市之一，经济发展速度快，城市吸引力较高。根据重庆市统计局发布的《2022 年重庆人口发展概况》，重庆市常住人口18 年持续增长，具有典型的城市特征，也面临着实现碳中和的严峻挑战。本文以重庆市为例探究城市生活污水处理碳排放水平及其与城市第三产业经济发展的相关关系，进一步提出城市生活污水处理的碳减排路径。

1 生活污水处理碳排放核算方法及数据来源

1.1 生活污水处理碳排放核算方法

生活污水处理过程中的碳排放来源包括CO2、CH4和N2O 类碳排放。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2019 年5 月通过修订版《2019 清单指南》，对污水处理过程中的碳排放因子、计算方法进行了详细说明。我国目前尚未发布针对污水处理的温室气体排放核算与报告要求的国家标准，碳排放核算实践及研究大多借鉴IPCC 相关方法，但《省级温室气体清单编制指南（试行）》（2011）和《工业其他行业企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》（2015）中给出了国内特定缺省值、参数值。

本文结合IPCC 指南方法以及我国发布的2个指南文件中给出的国内特定缺省值、参数值等，进行城市生活污水处理碳排放核算研究。由于《IPCC2006 年国家温室气体清单指南》及《2019清单指南》中均未将污水处理阶段释放的CO2纳入碳排放总量核算，认为这些排放通常来源于人类排泄物或食物垃圾中的生物成因有机物，且中华人民共和国气候变化历次两年更新报告及国家信息通报中也未将其纳入计算，因此本文也不开展此部分碳排放的核算，仅核算生活污水处理过程中的N2O 和CH4类碳排放。

1.1.1 污水脱氮N2O 类碳排放

污水脱氮的硝化与反硝化阶段均会释放N2O，且好氧区排放的N2O 较厌氧区更多。研究表明，生物处理的直接碳排放中N2O 排放占78.4%[4]。污水中N 至N2O 的排放因子EFN2O选择省级指南推荐值0.005 kgN2O/kgN[5]，根据IPCC第四次评估报告值，N2O 的全球变暖潜势值GN2O为298 tCO2/tN2O[6]，污 水 脱 氮N2O 类 碳 排放计算见式 （1）。

EN2O,城市污水=NE×EFN2O×44/28×GN2O（1）

污水中氮含量NE计算见式 （2）。

NE=（P×Pr×FNPR×FNON-CON×FIND-COM）-NS（2）式中FNPR—蛋白质中氮含量，取推荐值0.16（IPCC 指南范围在0.15～0.17）；FNON-CON—废水中的非消耗蛋白质因子，取推荐值1.5；FIND-COM—工业和商业的蛋白质排放因子，取推荐值1.25；NS—随污泥清除的氮，取缺省值0；P—常住人口数，取值来源为城市统计年鉴人口统计值；Pr—人均蛋白质消耗量，若无城市数据，可以根据城市居民年人均主要食品消费量及其中蛋白质成分含量进行推算。

根据李彦旻等[7]对重庆市城市居民食物氮消费的研究及《中国食物成分表》，重庆市居民主要消费食品粮食（原粮）、蔬菜及菜制品、肉类、蛋类及蛋制品、奶和奶制品等的蛋白质含量系数分别为9%、2%、18.25%、12.69%、3.44%，进一步得到2014～2021 年重庆市人均蛋白质摄入量，详见图1。

图1 2014～2021 年重庆市年人均蛋白质摄入量

1.1.2 污水处理CH4类碳排放

由IPCC 的《2019 清单指南》可知，污水和污泥的厌氧处理是CH4排放的重要来源，若产生的CH4未设回收装置，则需要考虑此部分碳排放量。根据IPCC 第四次评估报告，CH4的全球变暖潜势值GCH4为25 tCO2/tCH4，污水处理CH4类碳排放计算见式（3）。

式中TOW—处理污水中含有的有机物BOD 总量，若无实测数据，以《省级指南》中提供的西南地区BOD/COD 推荐值0.51 进行折算；EFCH4—BOD 至CH4的排放因子；R—污水处理甲烷回收量，此处取缺省值0。

BOD 至CH4的排放因子计算见式（4）。

式中B0—CH4最大生产能力，取省级指南中的推荐性值（默认值）0.6[8]；MCF—CH4修正因子，取全国平均值0.165。

1.2 数据来源

在城市生活污水处理碳排放核算中，城市基础数据来源于研究年份的中国环境统计年鉴及中国生态环境状况公报等，相关参数取值源于《省级温室气体清单编制指南（试行）》（2011）推荐性数值以及核算城市特定数据等，核算公式中各活动数据均需以年为单位。

2 重庆市生活污水处理碳排放量分析及预测

依据生活污水处理碳核算方法，以重庆市为例对其城市生活污水处理碳排放量进行核算分析，探究地区第三产业GDP 与生活污水处理碳排放量间的相关关系，并对重庆市2025 年的生活污水处理碳排放量进行预测。

2.1 重庆市生活污水处理碳排放总体情况分析

经核算得到2014～2021 年重庆市历年城市生活污水处理碳排放量，如图2所示。2014～2021年，重庆市生活污水处理碳排放总量呈现先增高后降低的趋势。2014～2017 年碳排放总量逐渐升高，2017 年达到最高值86.51 万t，相较于2014 年增加了8.91%，之后开始下降。就温室气体的具体类别来看，2014～2019 年，城市生活污水脱氮产生的N2O 类温室气体和污水处理产生的CH4类温室气体的排放量均变化平缓。自2019 年之后，N2O 类温室气体排放量明显增多，而CH4类温室气体的排放量则明显下降。此外，对比2 类温室气体排放量数据，城市生活污水脱氮产生的N2O类温室气体是主要的碳排放贡献类别，历年N2O类碳排放量均高于污水处理产生的CH4类碳排放量。2014～2021 年的N2O 类碳排放总量为446.65万t，占比68.64%，CH4类碳排放总量为204.02万t，占比31.36%。这与Hua H 等[9]对中国城市污水处理碳排放研究中得到的N2O 排放占主导、CH4排放占比较少，以及Bao Z 等[10]对北京市大型生活污水处理厂碳排放分析得到的N2O 造成的直接碳排放是温室气体来源的主要贡献者结论一致。

图2 重庆市生活污水处理碳排放量

2.2 碳排放与第三产业GDP 相关性分析

经济发展与环境污染水平之间往往存在“倒U 型”曲线关系，又称环境库兹涅茨曲线，即随着经济水平的提高，环境污染水平先升高后降低。2018 年，国家统计局根据《国民经济行业分类》(GB/T 4754-2017)对第三版《三次产业划分规定》进行修订，其中规定第三产业主要为服务业，包括住宿、餐饮、环境和公共设施等，可见第三产业活动引起的废水排放是城市生活污水的主要来源。故将对重庆市第三产业经济发展水平与城市生活污水处理碳排放量之间的相关关系开展探究。

由图2 可知，2020 年重庆市第三产业GDP增速受客观因素影响为历年最低，这与碳排放量骤然降低趋势相吻合。为更好对碳排放量进行预测将该数据进行剔除，以重庆市第三产业GDP为自变量x，以城市生活污水处理造成的碳排放量为因变量y 开展回归分析，进一步探究经济发展与环境污染间的相关关系。

根据重庆市第三产业GDP 与生活污水处理碳排放量间散点图，判断二者间存在曲线关系，进行曲线估算分析。由图3 可知，回归分析曲线呈现“倒U 型”，构建出二次模型y =0.008x-3.589×10-7x2+ 43.543，R方值为0.801，接近于1，方差显著性为0.04，系数显著性均小于0.05，拒绝原变量间不相关的假设，自变量对因变量的解释程度较高，模型拟合优度较好。说明随着城市第三产业经济发展，污水处理碳排放量达到最高点后逐渐降低，意味着重庆市经济活动正朝着更加绿色低碳高质量发展的方向转型。

图3 重庆市污水处理碳排放量与第三产业GDP 回归分析

2.3 2025 年重庆市污水处理碳排放水平预测

根据所构建出的重庆市第三产业GDP 与城市生活污水处理碳排放量间的二次模型，预测重庆市2025 年的城市污水处理碳排放水平。2021年的重庆市GDP 为27894.02 亿元，第三产业GDP 占比为53.01%，根据重庆市“十四五”规划和2035 年远景目标，锚定的“十四五”规划期间GDP 年均增速为6%，按此估算，预期2025年的重庆市GDP 将达到35215.56 亿元。根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》，2035 年的国内人均GDP 要达到中等发达国家水平，而一般发达国家第三产业的GDP 占比要超过60%[11]，按匀速增长的比例测算，预计2025 年GDP 占比达到55.01%，按此比例进行估算得到预期的2025年重庆市第三产业GDP 值为19372.08 亿元。根据构建的二次模型进行测算，预测2025 年重庆市城市污水处理碳排放量将降至63.83 万t，相较于2021 年的碳排放水平下降20.25%，城市碳减排预期将取得显著成效。

2.4 小结

2014～2021 年重庆市城市生活污水处理碳排放总量为650.67 万t，年均碳排放量为81.33 万t，生活污水处理碳排放特征是以N2O 类碳排放为主，占排放总量的68.64%，CH4类碳排放量占比为31.36%。重庆市生活污水处理碳排放量与第三产业GDP 间相关关系显著，回归曲线呈“倒U 型”，预期2025 年重庆市污水处理碳排放量将降至63.83 万t，相较于2021 年碳排放水平下降20.25%。

结语

综上所述，提出生活污水处理4 大碳减排路径，即①未执行雨污分流、清污分流模式的地区须在能力条件下应改尽改，新建项目严格执行相应标准，同时加强雨水、污水排放监督管理，禁止工业废水未经处理直接排放至生活污水排水管网中，做到污水处理差别化精准提标；②采用更加绿色高效的处理技术以及自动化精准控制技术，减少物耗能耗；③提高出水水质标准，降低处理后出水排放至环境中造成的碳排放；④城市生活污水流量稳定，污水余热具有很高的回收价值，可以利用水源热泵对其进行回收以减少煤炭、电能等消耗造成的碳排放。