推进市政污水处理行业低碳转型，助力碳达峰、碳中和
市政污水处理行业在探索能源节约、产热制冷、光伏发电方面取得初步成效，低碳发展的综合潜力大。为了推进行业低碳转型，需摸清全国市政污水处理行业低碳发展的底数和潜力，制定转型目标、阶段任务和考核机制，建立健全低碳标准体系，基于碳减排贡献和能源转化效果建立污水处理价格调整和运营补贴机制，设立行业低碳发展国家科技专项。为利用污水能源，需从规划层面促进区域联动。为利用沼气和污泥热能，需重视厂网系统化治理，提高进水有机物浓度，支持污泥的跨区域及与其他有机质的协同处置，将污泥处置成本纳入污水处理价格。为促进运营节能，需制定低碳标准和达标促进措施，合理确定排水标准和污泥处置标准，防止难降解有机物进入市政污水。为发展光伏发电，需补足标准并制定绩效奖励政策。
市政污水处理行业是我国的耗能大户，以2020年为例，全行业耗电约184亿度。为了助力碳达峰、碳中和，有必要总结一些先行先试企业的经验，以现实问题为导向，深入挖掘该行业全面低碳转型的综合潜力。
1 我国市政污水处理行业低碳发展的探索与初步成效
近年来，一些市政污水处理厂在经济可行的条件下先行先试，探索污水能源利用、污泥热能利用、企业运营节能和光伏发电，取得了初步成效。
1.1 污水热能的利用情况
我国对于污水源热泵的探究起步较晚，在1985年才将热泵技术定为重点推广课题，通过近些年的研究与发展，国内已建成多个污水源热泵系统并投入使用。污水源热泵充分利用污水水温恒定的特点，能够从污水中高效提取热量，制冷及制热系数可达3.5～4.4，可在稳定供暖制冷的同时，降低用电量，实现污水热能的开发利用。一些典型案例如下：
1)北控水务海港区西部污水处理厂处理规模为12万吨/天，利用污水处理后的中水作为水源热泵热源，为厂区办公楼和生产生活区域提供采暖和制冷保障。水源热泵两台，每台制热功率为436.8千瓦，制冷功率为394.9千瓦，综合性能系数为5.74。每年的制热输出量为3.27亿千瓦时，制冷输出量为0.29亿千瓦时。
2)首创恒基大连大开污水处理厂通过建造热泵站对污水热能加以利用，制热功率为98千瓦，制冷功率为76千瓦，每年的制热输出量为854亿千瓦时，制冷输出量为427亿千瓦时，全覆盖大开污水处理厂、大连恒基再生水厂、恒基环保学校的供暖需求和制冷需求。
3)天津创业环保大连春柳河污水处理厂一期项目的供暖采用水源热泵机组，冬季采暖供水温度达到50℃，回水温度达45℃；污水用量为100立方米/小时,总热负荷为298千瓦；选用制热量为413.2千瓦、制热功率为86.3千瓦的热泵，每年制热输出量为1.07亿千瓦时(每年供暖期150天)。目前已投入使用，供热总建筑面积约4000平方米，满足厂区内办公及生产用房采暖要求。
4)北京排水集团积极推广水源热泵的开发与利用，在北京高碑店再生水厂、小红门再生水厂、槐房再生水厂、清河再生水厂、清河第二再生水厂、酒仙桥再生水厂、定福庄再生水厂、高安屯再生水厂、北小河再生水厂、卢沟桥再生水厂、吴家村再生水厂等11座再生水厂，均应用了水源热泵。2016～2020年，上述水厂累计供热量为530万吉焦，累计节约天然气约1.6亿立方米，年供热量为106万吉焦，年节约天然气3180万立方米，为集团内外共计160万平米项目提供供暖及制冷服务。
1.2 沼气和污泥的热能利用情况
1.2.1 污泥沼气的利用情况
污泥厌氧消化过程的碳排放量相对较低，且具备实现负碳排放的可能。污泥厌氧消化耦合沼气热电联产项目，可以实现热、电两种能源的回收利用，提高能源利用效率。目前我国污泥热电联产已应用在多个项目上，并取得了明显的碳减排效果。
由于我国污水处理厂进水浓度相对较低、污泥含沙量大等原因，目前厌氧消化工艺在整个污泥处理处置市场中占比仅为15%左右。随着碳减排政策的逐步推进，污泥厌氧消化后的沼气可转化为热能，实现能源自给后可对外输出，因此此类项目将得到市场重视。一些典型案例如下：
1)上海城投的白龙港污水处理厂采用中温厌氧消化系统，处理规模为204吨总干污泥量/天，沼气产量约为40 000立方米/天，沼气转化为热能用于厌氧消化系统热能供应，厌氧消化热能自给率达100%。多余的沼气还可用于部分污泥干化对热能的需求。
2)北控水务的北戴河新区污泥处理厂项目的日处理规模为300吨(80%含水率)，处理工艺采用分级/分相厌氧消化工艺，产生的沼气经提纯后，一部分可用于预处理单元的原泥预热，另一部分可用作车用燃气。3)北京排水集团小红门再生水厂采用污泥高级厌氧消化工艺，年产沼气1300万～1500万立方米，可替代电能3000万～3300万度。
此外，北京排水集团还在北京中心城区建设了高碑店等五座污泥处理中心，通过逐步完善沼气发电耦合热电联产技术，预计2021～2022年这五座污水处理中心可实现沼气全利用目标，预计可替代污水污泥处理全过程18%～20%的电能，每年预计可减少二氧化碳排放约8万吨。
1.2.2 污泥焚烧的热能利用情况
污泥焚烧热能利用，即采用专用焚烧炉进行污泥独立焚烧，污泥在焚烧过程中产生的烟气热量在尾部烟道中通过空气预热器和省煤器分别加热燃烧所需空气以及干化所需的导热油，以达到热能利用的目的，同时污泥焚烧的余热还可进行发电。目前污泥自持焚烧在我国已有较为成熟的应用案例：1)常州锡联环保的夹山污泥焚烧项目，采用流化床对干基热值1700～2200卡/克的污泥进行焚烧，污泥焚烧产生的约850℃的高温烟气在尾部烟道中通过空气预热器和省煤器分别加热燃烧所需空气以及干化所需的导热油。目前已将导热油热能的额外回收列入计划，预计每小时热回收量将超过1000千瓦。2)上海国惠辛集污泥焚烧发电厂项目，日处理含水率为80%的污泥1300吨。利用污泥焚烧余热进行发电和供汽，年发电量8640万度，除自用外，还可上网供电。项目自建成投产以来已处理污泥57万吨，相当于标准煤19万吨，减少因燃煤产生的二氧化碳排放49万吨。
1.3 企业运营的节能情况
污水处理企业的运营节能一般通过精细化智能管控和新技术的应用来实现。
1.3.1 污水处理厂运营精细化智能管控的节能情况
精细化智能管控，即通过采用先进的管理思维和技术手段，提供一套应用于污水处理厂的集智能化控制、物联网接入采集、一体化中央监控、移动化管控平台、大数据分析和科学化决策于一体的自动化、智能化、智慧化污水处理厂整体解决方案，在实现污水处理厂少人或无人化生产运营管理的同时，达到节能降耗的目的，特别是实现对电耗和药耗的控制。
精细化智能管控目前在我国处于发展阶段，大部分企业正通过“试点带动局部”再到“全面布局”的方式在集团内部开展精细化智能管控的推广，目前已初见成效，典型案例如下：
1)北京排水集团重点对鼓风曝气系统及药剂投加系统展开精准控制，曝气能耗降低了10%，药剂投配率降低了30%～50%。通过精准控制系统的运行，全集团每年可降低电力消耗1500万～2000万度，减排二氧化碳9000～12 000吨。
2)北控水务构建了基于大数据的水厂信息数据中心，建设了水厂生产运营系统，建立了集约化的管控体系，建立了分析决策支持系统，建立了规范的业务流程，建设了运营移动互联APP应用系统，建成了基于云计算、大数据的智慧水务系统。通过智慧水务的运行，2020年北控水务原材料费用下降5339万元，原材料吨水成本下降25.8%，年节约碳源15 000吨，年节约除磷剂20 000吨，并大幅减少了二氧化排放量和剩余污泥量。
3)首创股份聚焦于重点能耗设备的运行效率管控，通过多项举措的落地和能力建设的深入，实现电耗、药耗的精细化管控和合理节约。合肥十五里河污水处理厂通过能效管控平台的辅助，吨水电耗同比降幅达10%以上。长治污水处理厂通过生物建模技术的辅助，最终实现碳源药耗降低50%以上。成都陡沟河污水处理厂通过应用智能曝气控制系统，曝气系统的节能率达12.5%，全年可节约用电约15万度。临沂青龙河净水厂通过实施智能药剂投加系统，吨水碳源投加量降幅达13%，吨水除磷剂投加量降幅达27%。
4)上海城投的白龙港污水处理厂在精细化智能管控方面也做了相应布局，在污水生物处理中实施精确曝气措施，在保证出水达标的前提下，按需提供微生物所需的溶解氧，避免曝气能耗的浪费；在污水除磷处理中，通过智能计算和调控，实现按需调整加药率并精准加药，在满足出水达标的前提下，避免了药剂的过量投入。
5)中环水务的贵阳六广门再生水厂处理量为12万吨/天，工艺智能优化系统采用模糊逻辑和闭环自动控制原理，系统可实现精确曝气、精确加药、精确回流、进水异常处置等，实现生化处理系统运行效果的优化控制，节省设备的用电量。
1.3.2 污水处理厂新技术应用后的节能情况
1.3.2.1 好氧颗粒污泥技术
该技术属于最具发展潜力、可替代传统技术的战略性前沿生物处理技术之一。与全球范围广泛使用的传统絮状活性污泥法相比，好氧颗粒污泥技术的微生物富集量是传统技术的2～3倍，其生化反应效率高，出水水质好，占地面积比传统工艺节省20%以上，药耗、能耗都有明显的降低。国内头部企业已通过自主研发攻克了该技术的工程应用瓶颈，突破了国外的技术封锁。北京排水集团2019年建成并运行好氧颗粒污泥方庄城市污水示范项目(1800立方米/天)，正在建设大规模的吴家村好氧颗粒污泥城市污水处理项目(80 000立方米/天)，预计项目建成后因降低耗电量可较传统活性污泥技术减少碳排放882吨/年，其中2021年7月将实现一期(20 000立方米/天)调试运行(见表1)。首创股份河南省南阳淅川县马镫污水处理厂应用自主研发的CREATE好氧颗粒污泥技术进行提标扩容，深入挖掘处理潜力，原位扩容3倍以上，降低能耗、药耗20%以上，降低人工成本30%，同时出水水质更稳定。
1.3.2.2 同步硝化反硝化技术
北控水务徐州睢宁污水处理厂日处理城市污水4万吨，生化处理采用A2O工艺，长期进水碳氮比偏低(COD/TN为4：1)，为确保出水总氮稳定达标，日常运行中需补充大量碳源，大大增加了污水处理成本。自2018年起，污水处理厂逐步尝试采用同步硝化反硝化工艺，经过运行验证，优化后的系统运行稳定：出水COD、氨氮等保持原有处理效果；总氮得到明显控制，出水总氮稳定下降1.5～3.5毫克/升；碳源添加量下降15毫克/升；日处理能力提高2000～4000吨。
1.3.2.3 厌氧氨氧化技术
该技术是当今前沿的污水生物脱氮技术，其利用亚硝态氮与氨氮反应直接生成氮气，与传统污水处理工艺相比，可节省占地、投资和运行费20%以上，节约能耗30%以上，节约药剂90%以上，全过程碳排放减少50%以上，为未来实现城市污水处理厂能源自给和能源供给提供支撑。北京排水集团自主研发了系统性厌氧氨氧化技术体系，已在北京五个污泥处理中心建成大规模的厌氧氨氧化污泥消化液脱氮工程，总处理规模15 900立方米/天，每年因降低耗电量可减少碳排放1.05万吨(见表2)。
1.3.2.4 其他探索性工艺
具体包括：1)免灭菌合成聚羟基脂肪酸酯技术。免灭菌合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs，俗称可降解生物塑料)技术，即利用污泥消化液制备可降解生物塑料。北京排水集团已建成污泥合成PHAs中试系统(250升/天)，利用1吨污泥(80%含水率)可生产8千克PHAs，开辟了市政污泥资源化利用新途径，从而替代石油基塑料。2)厌氧序批式消化工艺。此工艺可深挖污泥生物质能回收潜力，提高可再生能源产率，北京排水集团已在研究开发厌氧序批式消化工艺(ASBR)、微电压驱动高速厌氧消化工艺等，预计将提升产气率10%～15%，节省厌氧消化池池容50%以上，通过微电压强化可提升产甲烷速率50%以上，停留时间可缩短25%以上。3)超磁分离+低碳双泥龄复合脱氮工艺。首创股份东坝污水处理厂应用“3R WATER未来污水处理技术”的污水处理厂，涵盖资源转化、能源回收、低碳和谐三要素，核心工艺采用超磁分离+低碳双泥龄复合脱氮工艺，有效提高了污水处理厂的能源自给率，实现了高品质碳源、高纯磷资源及污水热能的回收和再利用。
1.4 厂内太阳能面板铺设与发电情况
污水处理作为高耗能行业，光伏发电系统在污水处理厂的应用对缓解污水处理厂高耗能问题具有重要意义。目前，我国污水处理厂与光伏发电项目的结合尚处于发展阶段，部分企业已在探索利用污水处理厂的初沉池、曝气池、膜池、清水池等构筑物上方空间安装光伏发电设备，以实现削峰填谷、清洁发电。一些典型案例如下：
1)截至“十三五”末，北京排水集团已在小红门、清河、酒仙桥三座再生水厂运行分布式光伏发电项目，总装机容量达到18.7兆瓦，年均发电量2400万度，可降低二氧化碳排放约1.45万吨。“十四五”期间，北京排水集团将进一步扩大再生水厂及管网泵站分布式光伏发电设施建设，预计新建总装机容量17兆瓦，年发电量达1800万度，每年可降低二氧化碳排放约1.1万吨。
2)中环水务已在多个污水处理厂运行分布式光伏发电项目，并对降低二氧化碳的排放做出了明显贡献。蚌埠第二污水处理厂的光伏发电量占水厂总用电量的10%。肥城市康龙污水处理厂二期，处理规模为4万吨/天，光伏发电量占水厂总用电量的15%。淇县城南污水处理厂，处理规模为3万吨/天，光伏发电量占水厂总用电量的29%。淇县城南新建污水处理厂，处理规模为3万吨/天，光伏发电量占水厂总用电量的7%。淇县城北污水处理厂，处理规模为3万吨/天，光伏发电量占水厂总用电量的28%。
3)金风环保的阳谷国环水厂项目装机容量峰值为1336.28千瓦，光伏首年峰值小时数为1340.46小时，25年年均发电量为133.7万度；项目厂区年用电量约800万度，通过远程能源监管平台对用电行为的监察，降低用电量5%。截至目前，水厂的绿电使用率已达16.2%，节能达15.8%。
4)创业环保春柳河污水处理厂利用生物池及车间房屋顶设置光伏发电系统，设计光伏系统的总面积为4130平方米，光伏系统总装机容量峰值为1.177兆瓦，年发电量约为66万度。目前，光伏发电项系统已投入使用，日均发电量2923度，约占日总用电量的16%。
5)首创集团对污水处理厂的分布式光伏发电项目亦有所布局。合肥市的十五里河污水处理厂、小仓房污水处理厂和陶冲污水处理厂厂内建设了分布式光伏发电项目，利用污水处理厂建筑物的顶面和厂区空地面积铺设太阳能光伏板，项目总投资3840万元，总装机容量约9.7兆瓦，其中小仓房污水处理厂约3.9兆瓦、陶冲污水处理厂约2.1兆瓦、十五里河污水处理厂约3.7兆瓦。
6)北控水务目前已有超过42家污水处理厂采用光伏发电，总装机容量超过32.19兆瓦。以江苏宜兴污水处理厂分布式光伏发电项目为例，江苏宜兴污水处理厂分布式光伏发电项目位于宜兴市，覆盖宜兴市城市污水处理厂、宜兴市新建污水处理厂、宜兴市官林污水处理厂、宜兴市南漕污水处理厂、宜兴市徐舍污水处理厂、宜兴市西渚污水处理厂、宜兴市张渚污水处理厂和宜兴市和桥污水处理厂8个污水处理厂，利用厂区内污水池、沉淀池、絮凝池上方空间，办公楼屋面，新建厂区道路光伏通廊和光伏车棚建设光伏电站，总安装容量约8.1兆瓦，采用0.4千伏电压等级并网、“自发自用，余电上网”模式，于2017年年底完成并网。
7)上海城投的白龙港污水处理厂计划在生反处理池上方加装光伏板，实施光伏发电，设计光伏装机容量峰值为108兆瓦，设计年均发电量约为1亿度，预计年均25%的总用电量可实现绿色能源替代。
2 我国市政污水处理行业低碳发展的潜力与现实问题
2.1 污水热能利用的前景与现实问题
发达国家已普遍将污水源热泵用于一定范围内居民的供热及制冷。例如，芬兰图尔库市的Kakolanmäki市政污水处理厂于2009年投产，通过建造热泵站，每年的制热输出量为2000万度，制冷输出量为200万度，满足图尔库市14%的供暖需求和100%的制冷需求，每年可为该市减少8万吨的碳排放；荷兰乌特勒支市市政污水处理厂计划于2021年投入运行的25兆焦的新型水源热泵系统，出水温度可达到75℃～83℃，每年可从出水中交换约40万吉焦的热量，占乌特勒支市总供热量的10%～15%，可持续供应当地1万户居民冬季取暖供热需求，每年可减少1万～2万吨的碳排放。
我国已建成多处污水源热泵系统，部分项目制冷及制热的综合性能系数超过了5.5，在国际上处于比较优秀的水平。未来，污水源热泵的应用将成为市政污水处理行业的低碳发展主流，且除满足自身的能源需求外，还可与厂外实现供热系统联动，扩大输出范围，节能潜力大。但我国目前污水的热能利用存在如下现实问题需要解决：1)污水所含热能属于低品位能源，难以直接用于发电，目前只能用于厂区或周边3～5千米范围内的供热、制冷。2)供热和制冷企业对污水入户的接受程度有限，加上地方政府大多未制定污水热能的厂外输出利用规划，污水的区域性供冷和供热难以推动。3)现有的市政污水处理厂特别是老旧市政污水处理厂，难以承受低碳改造的建设成本和低碳运行的运营成本。
2.2 沼气和污泥热能利用的前景与现实问题
发达国家的沼气热能技术特别是污泥厌氧消化沼气热电联产系统的研发起步较早，如奥地利Strass市政污水处理厂的污泥厌氧消化热电联产效率达40%左右，沼气发电量约为2.3度/立方米，沼气产量为5800立方米/天，沼气的甲烷含量为62%，电能产生量为8490度/天，市政污水处理厂的能源自给率可达108%；芬兰Viikinmaki市政污水处理厂污泥厌氧消化每年产生沼气1340万吨，产电量2.5341亿度，为水厂提供64%的电力和100%的热能，实现了热能的自给自足。在污泥热能利用方面，发达国家普遍采用干化焚烧工艺，有的也将污泥制作为燃料棒(热值约为3000卡/克以上)，或与厨余垃圾、餐厨垃圾协同处理，实现热能利用最大化。荷兰和德国的污泥焚烧比例在2015年便超过40%，日本目前超过60%的污泥采用焚烧技术进行处置。
我国市政污水处理厂的沼气利用技术，如“厌氧消化+沼气利用”的污泥沼气利用技术，目前已有较为成熟的应用，如上海白龙港污水处理厂等项目厌氧消化能源自给率已达100%；北京排水集团位于北京的五座污泥处理中心沼气热电联产设施未来预计可替代污水污泥处理全过程18%～20%的电能。在污泥热能利用方面，目前我国已实现自持焚烧，部分项目甚至能利用余热发电。
除自用外，多余电量可上网。按照污泥快速减量化的要求，污泥干化焚烧将成为主流的污泥处置路线，现已有一些地区要求优先采用该技术路线。应用新技术可全面提高我国市政污水处理厂的沼气产量及沼气向热能的转化效率，提高污泥的焚烧或者发电率，促进市政污水处理行业污水、污泥处理的能源自给，因此前景非常好。但目前我国市政污水处理厂沼气和污泥的热能利用遇到如下现实问题需要解决：1)市政污水处理厂进水的有机物浓度和污泥有机质含量相对较低，污泥厌氧消化碳源不足，会在一定程度上影响热电联产的单位产电量。2)我国污泥的热值总体相对较低，限制了污泥燃料棒的生产和应用。3)污泥热能利用成本相对较高，国家和地方目前尚未制定相应的价格和收费支持机制。4)部分市政污水中混有含重金属的工业废水，污泥焚烧工艺一般会添加熔融工序，容易造成二次污染。5)目前污泥的跨行政区域运输和处置监管严格，开展区域集中的焚烧发电有难度。
2.3 企业运营节能的前景与现实问题
精细化智能管控系统的研发能降低能耗和药耗，促进出水的安全稳定达标，因此应用空间很大。宜兴概念污水处理厂预计于2021年中期全部建成投运，其设计集水质永续、能量自给、资源循环、环境友好于一体，采取污水精细化管控模式。在节能方面，可在目前耗能基础上减少50%以上，实现能源自给；在资源循环方面，利用污泥与有机废弃物结合发电、制沼气，可实现污泥的无害化和资源化；在环境友好方面，出水、出料、出气都达到对生态环境的无害要求。如结合实际应用精细化智能管控系统，我国精细化智能管控的发展前景将十分广阔。
新技术的研发对城市市政污水处理厂实现节能降耗、碳减排甚至能源自给与外供提供了支撑。我国在好氧颗粒污泥技术、同步硝化反硝化技术、生物脱氮技术、厌氧氨氧化技术等领域或环节目前已走在世界前沿，将来也会得到进一步的发展。
目前，我国市政污水处理行业在运营节能方面遇到一些现实问题需要解决。在精细化智能管控系统的建设方面：1)市政污水处理企业粗放式管理未得到改善，却过分追求硬件投入。2)缺乏市政污水处理企业运营能耗管理的评价标准，节能降耗成果的行业水平难以衡量。截至2019年年底，我国县级及以上城市区域(不含建制镇)已建设市政污水处理厂4140座，年污水处理量达5 258 594万立方米。因为工艺不一，各企业运营中每吨污水的电耗差距较大，总体介于0.12～0.69度，行业均值在0.35度左右，需建立相应的能耗管理与评价标准，促进全行业减少能耗。3)缺乏对市政污水处理行业低碳的达标规划和对于市政污水处理企业的考核机制。在新技术研发方面：1)低碳新工艺和新技术在工程应用阶段不可避免地会影响出水水质的稳定性，一些企业不愿意尝试。2)目前仍有一些先进技术如从污水中回收利用不可再生资源磷，在我国未得到重视。2016年欧盟出台的新版《化肥管理条例》把市政污水处理企业回收的鸟粪石等磷酸盐产物纳入化肥生产的原料，并针对此类磷肥制定了标准规范，德国规定污水和污泥中磷的回收量要在2020年前达到磷矿石进口总量的50%，而我国的相关工作仍处于探索阶段。
2.4 厂内太阳能面板铺设的前景与现实问题
发达国家的市政污水处理行业目前仅在部分项目上安装应用了太阳能光伏系统。美国Hill Canyon市政污水处理厂建设了500千瓦的热电联产机和584千瓦直流电(500千瓦交流电)的太阳能光伏系统，可为厂内提供65%的电量；美国Moorpark再生水厂每天处理约8330吨污水，2012年该水厂光伏系统投入使用后每年产电230万度，节省水厂80%的电网购电。总体来看，发达国家市政污水处理行业应用太阳能光伏系统处于发展阶段。
截至2019年年底，我国城镇市政污水处理厂的电耗均值约为每吨0.35度，按此计算，我国城镇市政污水处理厂全年耗电约为184亿度。若按照光伏发电10%的能源替代率计算，每年可产生18.4亿度电，因此我国低碳发展的效益巨大。目前我国太阳能面板与污水处理厂相结合的技术应用仍然处于探索中，存在设计、安装与运行标准不健全；经济效益和低碳效益的核算不一致；各地相关财政补贴和温室气体减排绩效奖励等政策不统一等问题，需要尽快得到解决。此外，由于行业内尚未建立完善的低碳标准体系，一些企业在系统改造和低碳设备建设方面的动力明显不足。
3 我国市政污水处理行业开展低碳发展转型的建议
3.1 我国市政污水处理行业开展低碳发展转型的总体建议
(1)摸清市政污水处理厂的底数和低碳发展潜力，制定低碳转型目标和阶段性任务。首先，全面摸清全国城镇市政污水处理企业污水能源利用、污泥热能利用、企业运营节能、光伏发电的底数，核算各环节和全环节低碳发展的潜力。然后，在高质量发展和2030年碳达峰、2060年碳中和的背景下，制定我国市政污水处理行业2030年低碳发展转型的目标，并针对该目标，设立2023年、2025年、2027年、2030年四个阶段的转型目标，针对每个阶段规定节能、减排、降耗、发电、供热、制冷方面的具体任务。
(2)健全市政污水处理行业与绿色、循环标准体系相衔接的低碳发展标准体系。目前，针对市政污水处理厂的考核指标一般包括绿色与循环类标准。绿色类标准包括出水污染物排放标准、污泥排放标准和大气污染物排放标准，循环类标准包括水资源的循环利用标准等，鉴于目前的一些污水处理工艺符合绿色、循环标准但未必低碳，建议国家发展改革委、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门针对市政污水处理行业统筹建立绿色、低碳、循环的标准体系，使市政污水处理企业的运行在成本核算的前提下，既绿色、循环也低碳。
在低碳发展指标方面，要设立污水能源利用、污泥热能利用、企业运营节能、光伏发电、企业碳汇建设五类指标。这意味着新的标准体系发布后，市政污水处理行业须进行系统的工艺改造和技术升级。对于三类指标都达标的市政污水处理厂，在市政污水处理行业低碳发展转型过渡期才能享受奖励、补贴和优惠。
(3)基于市政污水处理企业的减排贡献、能源转化效果建立污水处理价格调整及运营补贴机制。老旧市政污水处理厂进行全面的低碳转型难度大，建设和运营成本高，建议国家发展改革委、财政部、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门针对新建市政污水处理厂和老旧市政污水处理厂出台分类支持的奖励补贴政策。已建市政污水处理企业的低碳转型需进行工艺的改造、技术的革新和设备的升级，为了减少投资成本和运行成本，防范技术风险，建议国家和地方抓住行业低碳改造的“牛鼻子”，制定污水处理收费、发电并网等方面的价格和收费支持政策，调动企业的积极性。
立足各地绿色、低碳、循环发展的目标，对区域发展水平、行业高效发展、市政污水处理企业的成本与收益、政府补助限度、排污者的支付能力定期开展调研，评估市政污水处理企业对成本的压力反应，为市政污水处理行业科学调整污水处理价格和实现可持续发展提供支撑。市政污水处理企业在温室气体减排、能源转化方面达到2023年、2025年、2027年、2030年的阶段性转型目标的，建议在现有污水处理补贴的基础上按照污水处理的种类、总量和实际效果予以进一步的补贴或者奖励，并给予环境保护税和企业增值税方面的优惠，增强企业低碳运行的可持续能力。对于老旧市政污水处理厂的低碳改造和低碳运行，可以给予更高标准的补贴或者奖励。
(4)允许市政污水处理行业灵活利用节能指标、能源利用指标、发电指标和碳汇建设指标，提升其经济效益。建议国家将城镇和企业市政污水处理厂的温室气体减排纳入区域碳达峰和碳中和的减排指标体系，对于开展污水能源利用、污泥热能利用、运营节能、光伏发电、碳汇建设的市政污水处理企业，分别折抵该企业的碳排放指标、用热指标、用电指标。对于对外供热或者制冷以及发电上网的，可以获得碳排放交易指标并在本省级行政区域交易。
(5)设立市政污水处理行业低碳发展国家科技专项，通过试点示范树立标杆企业，全面推动新工艺和新技术的发展。建议科技部广泛征求市政污水处理行业的意见，设立市政污水处理行业低碳发展国家科技专项，下设综合研究课题和污水能源利用、污泥热能利用、企业运营节能、光伏发电、碳汇建设等专题研究课题，建设关键技术示范工程，推动智能管控系统的应用和升级，促进厌氧氨氧化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化等绿色、低碳新工艺和新材料的推广利用，促进碳捕获、磷回收等新技术的探索、开发和应用，增强市政污水处理行业的可持续运营能力。
建议修改《水污染防治法》，规定企业在低碳发展改造和试运行期间，允许出水水质出现合理的波动；建议明确市政污水处理企业的磷回收法律义务和回收比例，明确回收后的磷的资源化利用方式和目标。
(6)建立市政污水处理行业绿色、低碳、循环发展的综合考核机制。建议国家发展改革委、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门针对2023年、2025年、2027年、2030年的阶段性转型目标，制定全国市政污水处理行业绿色、低碳、循环发展的转型规划和相应的评估考核机制。将转型情况纳入对各级地方政府和有关部门的考核内容，并纳入生态环境保护督察事项，对于限期未完成转型任务的行政区域，督促其整改并停止审批其新增建设项目的环境影响评价文件。
3.2 加强我国市政污水处理行业热能利用的建议
在市政污水处理企业污水的热能利用方面，对于需要开展区域供热或制冷的区域，建议县级以上城市的人民政府从区域能源利用统筹规划的维度，统筹制定供热与制冷规划，在市政污水处理厂周边3～5公里范围内划定污水输能区域，配套建设健全管网等设施，推动市政污水处理企业热能与厂外供热系统的联动。建议国家发展改革委和国家税务总局等有关部门制定有利于推广污水输能的价格和税收机制，提升供热和制冷企业对污水输能的接受度，并减轻终端用户取暖和制冷的经济负担。
在市政污水处理企业沼气和污泥的热能利用方面，建议如下：
(1)重视厂网系统化治理并提高进水有机物的浓度。建议国家发展改革委、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门制定城市污水管网的污水收集率目标考核文件，通过提升城市污水管网的污水收集率来提高市政污水处理厂进水的有机物浓度，这样既可减少外部碳源带来的化学药剂消耗，也可解决污泥厌氧消化和热电联产过程中因碳源不足影响沼气产生量和发电量的问题。对于城市市政污水处理厂进水碳源不足的，建议适当引进易降解有机质含量高的特定类型工业污水。不宜统一要求将污泥制成燃料棒。
(2)支持污泥与其他有机质的协同处置，提高原料的有机质含量。建议国家发展改革委、财政部、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门制定优惠政策或者补贴机制，促进市政污水处理企业或者与市政污水处理厂签订污泥处置协议的污泥处理企业开展有机质的协同处置。目前我国污泥的有机质含量较低，介于30%～60%；餐厨垃圾有机质含量较高，在80%左右；畜禽粪污中有机质含量介于30%～75%，其中鸡粪有机质含量可达70.76%。多种有机质协同处置可提高原料的有机质含量，提高产气量，提高经济效益。
(3)鼓励生活污水和工业废水分开收集处置，促进市政污泥焚烧的热能利用。建议国家发展改革委、财政部、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门通过财政奖励、税收优惠等方式引导各城市分开收集和处理生活污水和工业废水，鼓励集中处理工业废水，防止市政污泥中出现工业重金属，促进市政污泥的焚烧处置和热能利用。
(4)促进污泥集中处置和收费机制的落地实施。在集中处置方面，对于开展跨区域运输和集中焚烧处置污泥的，审批后简化每次运输的监管程序。在收费机制方面，国家目前虽已出台相关文件规范污水处理费的征收和使用，强调将污泥的处置成本纳入污水处理费用，并由污水排放者即居民承担，但迄今为止，只有少数地方的污水处理费包含污泥处置费用，大部分地方的污泥无害化处置费用仍为政府财政补贴或者支付。建议国家发展改革委和财政部等有关部门按照《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》的要求，加大引导和检查的力度，督促地方依照文件的规定，将污泥的处置成本全部纳入污水处理价格之中。
3.3 提升我国市政污水处理行业运营节能效果的建议
(1)制定市政污水处理厂低碳运营的标准规范和达标促进措施。市政污水处理企业的低碳运行，主要是通过智能系统的优化管控和新技术的采纳，确保污水处理设施在高效、经济运行时，降低能耗、物耗和药耗，减少碳排放。建议国家发展改革委、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门立足于能源的全面节约和二氧化碳的全面减排，以现有企业的污水运营标准为基础，在市政污水处理行业绿色、低碳、循环发展的综合标准体系框架内，从物耗、药耗标准之外建立能耗方面的低碳运行标准规范，推荐示范企业的精细化智能管控系统和污水处理、污泥处理、热能利用、沼气生产、沼气发电等新技术，引导行业优化污水处理工艺，创新污水处理技术，升级污水处理设备。对于落后的运行工艺和设备，要限期达标；对于运行中节约能源和温室气体减排成效突出的示范项目，建议国家发展改革委、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门联合制定以减排效果为导向的奖励或者补贴政策，引导市政污水处理行业对运行节能和减排的重视。
(2)综合平衡出水浓度和能耗的关系，合理确定出水的污染物排放标准和污泥处置标准。市政污水处理厂既要追求污染防治效益，也要追求节能和温室气体减排效益。市政污水处理厂的出水标准与能源消耗呈正相关关系，确立合理的排放标准将实现经济效益和环境效益的双赢。
(3)开展工业废水的可生化性指标管理，控制难降解有机物进入市政污水系统。工业废水的混入会干扰市政污水处理厂的稳定运营，进水中如难降解有机物含量超标，不仅会影响易降解有机物的发酵和沼气的利用，还可能会导致出水不合格，建议严格工业废水排入生活污水系统的条件和审批程序，在《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)中增加废水可生化性指标，控制难降解有机物进入市政污水系统。建议修改《水污染防治法》，针对市政污水规定难降解有机物的含量标准，并明确排放者超标的法律责任。
3.4 推广我国市政污水处理行业太阳能面板铺设发电的建议
建议住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门出台市政污水处理厂光伏发电设施设计、安装与运行的标准，建议国家发展改革委、财政部、住房和城乡建设部、生态环境部等有关部门制定温室气体减排绩效评价和奖励标准，在确保安全生产的前提下，引导已建市政污水处理企业利用厂区地面剩余空间和办公楼、停车棚、初沉池、曝气池等建筑物或者构筑物的上方空间，安装光伏发电设备，实现清洁发电、削峰填谷。对于新建市政污水处理厂，需全面按照市政污水处理厂绿色、低碳、循环建设和运营的标准体系，开展立体的太阳能光伏面板铺设及相关的储能设施与并网设施建设。
(感谢为本研究提供相关资料和数据的污水处理企业)
