中国给水排水 China Water & Wastewater ISSN 1000-4602,CN 12-1073/TU 《中国给水排水》网络首发论文 题目： 污水处理能源中和与碳中和案例分析 作者： 郝晓地，张益宁，李季，刘杰 收稿日期： 2021-08-04 网络首发日期： 2021-08-20 引用格式： 郝晓地，张益宁，李季，刘杰．污水处理能源中和与碳中和案例分析．中国 给水排水. https://kns.cnki.net/kcms/detail/12.1073.TU.20210819.1444.002.html 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶 段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出 版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出 版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编 辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、 出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。 为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容， 只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国 学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版。 网络首发时间：2021-08-20 15:34:49 网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/12.1073.TU.20210819.1444.002.html 污水处理能源中和与碳中和案例分析 郝晓地 1，张益宁 1，李季 1，刘杰 2 （1. 北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室，中—荷未来污水处理技术研 发中心，北京 100044；2. 首创生态环保集团，北京 100044） 摘 要：污水处理过程因高耗能以及直接温室气体排放，使得逼近碳中和运行势在必行。然而，污水 处理多以追求―能源中和（Energy neutrality）‖为目的，且常常与―碳中和（Carbon neutrality）‖概念 混为一谈。通过欧洲 3 个不同污水处理厂实例，可以直观解释并说明能源中和与碳中和的不同。实 际运行案例表明，实现能源中和并不意味着同时可以实现碳中和，而如果实现碳中和则可以认为也 同时实现了能源中和。这是因为污水处理过程中除能源消耗的间接碳排放外，还会在处理过程中直 接产生 NxO、CH4、VOCs 等温室气体（从 COD 转化的 CO2 因大多为生源性，所以不计入碳排放清 单）。此外，各种化学药剂（如，碳源、除磷药剂等）等生产与运输过程也会间接产生 CO2 等温室气 体。厂外植树造林、风力发电、外源有机物厌氧共消化固然有助于污水处理厂实现碳中和，但这些 方式并非污水处理厂份内之事，应该都是―伪中和‖。其实，污水处理厂要想同时实现能源中和与碳 中和，只有深入挖掘污水余温热能方能实现。 关键词：污水处理；能源中和；碳中和；温室气体；厌氧消化；余温热能 Case Analysis of Energy Neutrality and Carbon Neutrality for Wastewater Treatment HAO Xiao-di1, ZHANG Yi-ning1, LI Ji1, LIU Jie2 (1. Key Laboratory of Urban Stormwater System and Water Environment, Ministry of Education, Sino-Dutch R&D Centre for Future Wastewater Treatment Technologies, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China; 2. Capital Eco-Pro Group, Beijing 100044) Abstract ： Due to the high energy consumption and direct greenhouse gases (GHGs) emission, carbon-neural operation of wastewater treatment process has become imperative. However, energy neutrality of wastewater treatment plants (WWTPs) is often pursued, which is easily confused with the concept of carbon neutrality. With this study, three different European WWTPs are utilized to elucidate the difference between energy neutrality and carbon neutrality. The case studies indicate that achieving energy neutrality does not mean that carbon neutrality can be realized at the same time. Reversely, energy 基金项目：国家自然科学基金（51878022）；北京―未来城市设计高精尖中心‖项目（2021） neutrality should be simultaneously realized if carbon neutrality is achieved. This is because there are also direct GHGs like NxO, CH4, and VOCs during the treatment process (biogenic CO2 converted from COD is not included in the carbon emission inventory), besides indirect carbon emissions from energy consumption. Furthermore, both production and transportation of chemicals (such as carbon sources, chemical phosphorus agents, etc.) can indirectly generate GHGs. Afforestation, wind power, and anaerobic co-digestion with exogenous organics can certainly contribute to carbon neutrality for WWTPs, but these measures are usually conducted outside WWTPs so that they should be called as "pseudo-neutrality". In fact, simultaneously achieving energy neutrality and carbon neutrality for WWTPs can be only accomplished under the condition of utilizing thermal energy. Key words: Wastewater treatment; energy neutrality; carbon neutrality; greenhouse gases (GHGs); anaerobic digestion; thermal energy 当今，―能源中和（Energy neutrality）‖这一概念被越来越多污水处理厂所提及；同时，污水处 理实现―碳中和（Carbon neutrality）‖也是大势所趋。能源中和与碳中和是否为同义语，可以相提并 论吗？这个问题目前还比较模糊，需要借助目前碳中和热度以及碳中和实现路径予以厘清。 能源中和，顾名思义指污水处理厂减少自身能源消耗且能够在厂内外回收或产生一种或多种清 洁能源，可以直接（电、热自用）或间接（产生能量并网）弥补污水处理厂自身能源消耗量，从而 达到污水处理不依靠化石能源等（电、热）而实现能源自给自足。对污水处理厂而言，实现能源中 和可采取以下措施：① 减少污水处理自身能源消耗；②提高污水中能源回收效率；③寻找其他外部 可再生能源[1]。 相对而言，污水处理厂碳中和概念更为直观。它指的是，污水处理厂通过自身节能降耗或增加 自身产能，或增加碳汇，使该污水处理厂碳减排量与碳排放量相互抵消。然而，污水处理厂碳排放 构成较为复杂，分为直接碳排和间接碳排[2]。直接碳排放表示污水处理厂在水处理过程中因有机物 降解、氮转化过程产生的各种温室气体（主要指 CO2、CH4 和 N2O）碳排放量。其中，直接碳排放 中的 CO2 因为主要（亦含少量化石碳成分）是生源性的，所以，一般并不计入碳排放清单[3]。间接 碳排放指的是污水处理厂消耗外部化石能源等（产电、产热）以及各种化学药剂生产运输过程产生 的碳足迹。 显然，污水处理厂实现能源中和不等同于实现碳中和。能源中和仅意味着污水处理厂能耗实现 自给自足，只抵消了间接碳排放量中能耗碳足迹，而间接碳排放量中的药耗碳足迹以及直接碳排中 2 的 NxO、CH4、VOCs 等温室气体产生的碳排放量并未抵消。反过来看，污水处理厂如果实现了碳中 和，一般可认为同时可以实现能源中和。例如，污水余温热能潜力巨大，但属于不能直接发电利用 的低品位能源，只能作为热/冷输出供热或制冷，污水处理厂依然