污水系统碳排放划重点：化粪池+管网占了七成
在近日召开的未来新水务（深圳）高峰论坛中，城镇污水系统“双碳”是与会嘉宾最热议的话题。随着城镇化进程不断推进，我国“双碳”战略面临持续挑战和不确定性。在城镇污水系统需要制定自身减碳、乃至碳中和路线图之前，有必要对系统整体进行梳理分析。
本公号基于嘉宾研讨内容，区分集水输水、水处理前端预处理（物化）、水处理工艺优化管理（生化），探讨城镇污水系统各子系统碳放排及其对策。此为第一篇——城镇污水系统碳减排重点，并不局限于行业所熟悉的污水处理厂。从全流程角度看，污水在进入处理厂之前，已经排放了一大半温室气体。
化粪池中的甲烷
长期以来，化粪池产生的温室气体排放，如同“房间里的大象”难以看得见。在水务行业跃跃欲试谋划“零碳路线图”时，化粪池通常并不在重点关注之列；生态环境部等11部门印发的《甲烷排放控制行动方案》虽然涉及了污水处理厂，但并未包含对化粪池甲烷/CH4排放控制的行动内容。
实际上，化粪池所排放的温室气体城镇污水系统中的大头。在未来新水务发布的《城镇污水碳中和路线图》中，课题研究组采用了三种核算取平均值的方法（法1：参考《中国沼气行业双碳贡献》物料平衡法；法2a：采用排放当量121CO2-eq/(ca·a)；法2b：采用排放当量85 kgCO2-eq/(ca·a)），计算了化粪池碳排放量。以2017年为例，在城镇污水系统中所排放的128 Mt CO2-eq/a 碳排放量中，化粪池CH4排放量竟占到58.4%，是污水系统最大的碳排放源。
从产生的温室气体成分来看，化粪池产生的主要是CH4，其在整个污水系统CH4排放中占比81.5%。
化粪池是城镇污水集中处理设施诞生前的简易污水处理设施，一直被沿用至今天。通过简易沉淀，化粪池可截留50-60%污水中悬浮物（SS）；沉淀后的有机物厌氧发酵而产生CH4。“当然，作为农村简易污水处理装置，化粪池似乎还有它的存在必要，以至于到2020年，我国仅农村化粪池数量便多达2亿个。”未来新水务专家组专家、北京建筑大学二级教授郝晓地表示：“但在污水处理设施已完善的城镇中，化粪池已经不再被需要，甚至是个累赘！”
在污水处理设施覆盖面渐广的背景下，关于“取消化粪池”的呼声常有，且争议不断。从温室气体减排角度来看，化粪池取消会带来水务系统将近60%的碳减排；另一方面，也有人担心化粪池取消后，对于排水管网及污水处理设施的冲击。
2021年发布的《室外排水设计标准》（GB 50014—2021）规定，“城镇已建有污水收集和集中处理设施时，分流制排水系统不应设置化粪池”；此外国内部分省市相关规范或指导意见也对取消化粪池作了明确要求。但由于种种原因，化粪池改造尚未大面积展开。
未来新水务专家组专家、中国人民大学环境学院教授王洪臣在接受媒体采访时表示，应该逐步拆除化粪池，减少污水处理领域CH4排放。“有人认为拆除化粪池容易造成排水管道堵塞，这是个伪命题。导致我国化粪池堵塞的原因是多方面的。首先，我国很多地方一年才清理一次化粪池，频率较低，导致沉积物较多；其次，我国通常是一栋楼一个化粪池，人口密度大，导致污水中的渣子比较多等。目前，我国排水管网自动化清理水平在逐步提高，也有助于解决排水管道堵塞问题。”
从“水务碳减排”的角度，郝晓地给出的结论是：“化粪池的温室气体排放量被严重低估和忽略，政府部门应将取消化粪池纳入国家CH4排放控制行动计划以及国家减排重点任务。在城市集中式污水处理厂普遍建设的情况下，不仅新规划城区不应再设计化粪池，即使是对已存在化粪池的老城，也应考虑取消化粪池，将其废弃或改作它用。”他认为，目前造成取消化粪池难以实施的主要原因是由于设计规范的内容严重滞后于城市发展速度和规模。有关方面应对此问题展开全面地论证，在规范中修正化粪池设置的有关规定。
管网中的甲烷
排水管网绝大部分都是重力流管道，受管道设计坡度、充满度、管道材料等影响，在流量较小时，管道内流速较为缓慢，导致沉积物集聚在管底，生长大量厌氧微生物，导致CH4产生和逸散。
随污水收集率、处理率提高，排水系统规模也在迅速扩张，并悄无声息地向大气排放有害气体和温室气体。而这一部分排放长期被忽略：在IPCC 2006年的报告中，管网中产生的CH4可以忽略不计；而在2019年的报告中，注意到了这一问题，但目前尚未形成会计准则。
当前，污水管网碳排放尚属无组织排放，但其总量在水务系统中的占比不菲。在《城镇污水碳中和路线图》中，通过分析2017年污水系统碳排放量，可发现污水管网产生碳排放约占比13.2%，占比仅次于化粪池（58.40%）和污水处理厂（18.8%）。
碳排放核算结果—污水系统（化粪池、管网、处理厂与污泥处置）
在澳大利亚技术科学与工程院院士、香港城市大学讲座教授袁志国团队基于澳洲水务系统的检测调查中，认为管网CH4对于碳足迹贡献度约为3-40%。这一数据根据管网的情况而变化，波动幅度较大。清华大学深圳国际研究生院副院长、环境学院教授左剑恶提到的数据是：“美国俄亥俄州某研究表明，管道碳排放占到污水处理系统直接排放总量的1/3。”
与化粪池类似，污水管网碳排放量实际监测数据较为缺乏，且存在一定的监测难度。在《城镇污水碳中和路线图》中，采用文献调研方式并取平均值；在袁志国团队的研究中，采用压力管并在尾端检测了溶解CH4的浓度。袁志国解释：“由于CH4在重力管中溶解度很低，只要有水和空气的界面，CH4就会从水相转移到气相。因此，想要计量CH4在管网的产量，靠测是很难的，需要依赖建模。”
这部分CH4的影响因素众多，包括温度与pH、溶解氧、有机质、水力条件等。其中，水力条件是可控条件。因此，对于管网CH4减排，在《城镇污水碳中和路线图》中给出的应对方案是“优化管网水力条件，优化减少沉积物的产生”。郝晓地提到：“住房和城乡建设部宣布了‘将每年改造10万公里以上地下管线’计划，因而管网通过水力优化减少碳排，具备现实基础。”
