当前，在“双碳”背景下，如何实现低碳发展是各行各业持续探索的方向。
近日，《自然-水》（Nature Water）期刊以研究长文（Research Article）形式，刊登了题为《2030年前我国超300个城市污水相关温室气体排放与水资源压力缓解间脱钩的挑战与机会并存》（Decoupling wastewater-related greenhouse gas emissions and water stress alleviation across 300 cities in China is challenging yet plausible by 2030）的研究成果。
论文第一作者和通讯作者为中山大学环境与工程学院教授陈绍晴，共同通讯作者包括南京大学教授刘蓓蓓和北京师范大学教授陈彬。该研究在“水-碳”耦合视角下，针对污水处理领域，揭示了我国城镇污水处理相关温室气体排放和水资源压力缓解效应的关系，并提出了未来协同优化与管理路径。
全国城市水资源压力
平均缓解程度增至5.7%
“在碳达峰碳中和战略目标下，我国城镇污水处理厂有着持续提质增效、加快温室气体减排的双重需求。”陈绍晴表示。
去年，国家《减污降碳协同增效实施方案》提出，要构建区域再生水循环利用体系，开展城镇污水处理和资源化利用碳排放测算，推进水环境治理协同控制。
在这一背景下，陈绍晴团队整合了我国超300个地级市的城镇污水处理厂运行和再生水的分布式数据，并搭建可单独区分污水处理系统的多区域投入产出模型，量化了各地城镇污水处理厂在设施建造及运维、污水处理、再生水利用、污泥处置各阶段的全生命周期温室气体排放。
同时，构建了“水-碳”脱钩指标（CIWSA），可即时度量缓解每单位水资源压力所产生的温室气体排放，基于各阶段低碳技术的组合，评估了未来各地温室气体排放和水资源压力缓解间的脱钩潜力。
未来我国城镇污水处理系统“水-碳”脱钩情景模拟。
研究发现，2006年至2015年间，由于污水处理厂数量的大幅度增加（从2006年976座增至2015年的6276座），我国城镇污水处理系统全生命周期温室气体排放增加了176%。但同时，温室气体排放强度呈现整体快速下降的趋势，污水处理、再生水利用和污泥处置各阶段的排放强度分别下降了61%、28%和30%，说明污水处理的排放代价有所降低。
同时，在污水处理和再生水利用的共同作用下，全国城市水资源压力（WSI）的平均缓解程度从2.1%增加到5.7%，几乎增加了2倍。其中，2015年再生水利用对水资源压力缓解的贡献达到28%，“可以看到再生水利用在‘水-碳’脱钩中扮演的角色越来越重要，并且未来在较多城市仍有很大的提升空间。”陈绍晴表示。
而对于华北和华东地区大多数城市，温室气体排放虽然普遍较高，但由于再生水利用量较大，这些城市的CIWSA值仅为华南和西南地区城市的一半，“水-碳”脱钩较后者更为显著。
预计2030年将有
28个城市水资源压力得到有效缓解
在此基础上，如果进一步强化再生水利用，2030年我国城市水资源压力缓解程度将在2015年的基础上继续增强一倍。
研究显示，得益于污水处理，预计到2030年，28个城市的水资源压力得到显著缓解，而在2015年这一城市数量仅为15个。
在无技术优化的情境下，由于基础设施投入增加等，强化再生水利用可能导致额外增加12%的温室气体排放。但若在污水处理、再生水利用和污泥处置各阶段均采用低碳排放强度的现有处理技术，可实现27%的减排，足以抵消污水处理量和再生水利用规模扩大带来的额外气候影响。
其中，华南和华东地区城市（如广州、深圳和杭州）预期减排效果最为显著，在技术优化情境下2030年的碳排放量可较2015年下降16%—20%。
2030年，随着污水处理系统的进一步优化，全国整体预期将实现“水-碳”脱钩，但西北地区等仍需解决水资源压力减缓和温室气体排放减排“难协同”的问题。
为优化污水处理系统
和提升水资源可持续性提供决策依据
在这一研究中，陈绍晴等团队也提出相应政策建议。
一方面，可以构建高分辨率、动态化和全生命周期的污水处理厂温室气体排放数据监测与核查平台，推动污水处理排放管理的“数字化”转型。
另一方面，因地制宜推动可协同水资源压力缓解和减排的污水处理厂技术改造，统筹推动低碳处理技术集成、能源资源回收、厂区用电低碳清洁转型，提升当地水资源可持续性，促进“水-碳”协同优化。
另外，可以建立污水处理系统生命周期低碳管理体系，根据各地技术优势和能源资源禀赋，打造城镇污水处理系统“减污-节水-降碳”的全流程示范项目。
此前，课题组已从全生命周期和完整产业链的视阈，围绕着“能-水-碳”等的协同管理，开展了代表性城市与区域的减污降碳模式、机制与案例的系列研究，并已用于支撑全国多个重点城市和企业的自主脱碳方案的制定。本论文是在此前城市低碳管理研究基础上取得的又一阶段性成果。
“在交叉团队的联合攻关过程中，我们发现系统耦合理论和生命周期思想有重要的用武之地，有助于解决环境管理中‘按下葫芦浮起瓢’的协同问题。”陈绍晴表示，这一“耦合系统”研究可为优化“双碳”目标下再生水利用和污水处理设施管理、协同推进区域减污节水降碳提供科学决策依据。
