中山大学陈绍晴团队CRSus：全供应链协同减排对我国城镇污水处理深度脱碳的作用不可忽视 Cell Press论文速递

  该研究利用我国超过6000座污水处理厂的分布式数据，结合投入产出分析、网络控制分析和结构分解分析，模拟了污水处理主要隐含温室气体（CO研究结果表明，我国城镇污水处理部门的温室气体足迹中，超过41%来自外包排放（由外地供应链贡献）。其中，90%以上的外包排放可追溯到华北、西北和东北地区的生产活动。2010-2015年间，在排放强度降低、经济生产结构和最终需求结构变化共同驱动下，华南和西南地区的排放足迹总量分别减少了24%和4%，但别的地方的总排放足迹仍呈现一定幅度增长。未来仍需要克服协调跨区域生命周期各环节各排放端口的困难，协调推动上下游区域间供应链协同减排机制的形成，为我国对污水处理部门深度脱碳进一步释放潜力。

  中山大学环境科学与工程学院陈绍晴教授为该论文的通讯作者，浙江理工大学经济管理学院张琳梅博士为该论文的第一作者。本文主要贡献作者还包括南京大学环境学院刘蓓蓓教授和北京师范大学环境学院陈彬教授。

  《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施建议》指出，要坚持系统观念，协同推进污水处理全过程污染物削减与温室气体减排。近年来，污水处理相关的本地排放（即现场处理工艺产生的直接排放）和外包排放（即处理厂电力购买和所需产品上游生产的全部过程的间接排放）均呈现不同程度的增长。随着我们国家慢慢的变多的污水处理厂项目投入运行，区域间贸易驱动的温室气体排放外包日益增多，加大了对整个供应链排放监管的难度。在碳达峰碳中和目标要求下，实现污水处理部门的深度脱碳实质上对整个供应链减排提出了重要的挑战。然而，目前研究主要聚焦于污水处理厂内生化处理过程和能源消耗活动，对跨区域贸易下污水处理部门隐含温室气体排放转移及驱动机制仍缺乏系统认知。为此，本研究整合全国300余个地级市、超6000座污水处理厂的分布式数据，通过投入产出分析、网络控制分析与结构分解分析相结合的方法，系统追踪了2006-2015年间基础设施建造、污水处理、再生水利用及污泥处置全生命周期中CO₂、CH₄、N₂O的跨区域转移模式，并揭示关键驱动因素。

  2006-2015年期间，对于大多数省份来说，污水处理阶段是总排放足迹的主要贡献者（46-81%），其次是基础设施建设、污泥处理和再生水利用阶段。例如，2015年，山西、河南、四川等省污水处理阶段排放占总排放足迹的60%以上，而各省份污泥处置阶段排放占比普遍在20%左右或以下。从温室气体组分看，污水处理和污泥处置阶段产生的CH4和N2O排放呈现逐年增长趋势。2015年，上游资源和能源投入产生的CO2排放占总排放足迹的67%，其次是CH4和N2O排放，分别占20%和13%。而从排放范围来看，对于大多数省份来说，污水处理部门相关的外包排放占其总排放足迹的41%以上。

  基础设施建设、污水处理、再生水利用以及污泥处置各阶段的隐含排放转移模式不完全一样。在基础设施建设、污水处理和污泥处置这三个阶段，华南、华东、华中和西南地区是隐含温室气体排放的净进口地区，占全国进口排放总量的90%以上。其中，污水处理阶段的外包排放总通量最大。在这阶段，华东地区的排放主要外包给华北、西北和东北地区。相比之下，对于再生水利用阶段，华北地区是隐含温室气体排放的净进口地区，而其他六个区域则为华北地区提供了能源和物料的供应，间接承担了相应的排放负担。其中，华东和西北地区（如浙江和甘肃等省份）承接了华北地区近57%的隐含温室气体排放，供应链减排的潜在负担最大。

  从网络依赖关系分析结果来看，无论哪个阶段，2010年以后，省份间的依赖程度逐步下降，省内自给自足程度逐渐增强。例如，在再生水利用阶段，2006年黑龙江对广东、浙江的依存度为100%，但2010年以后，黑龙江的自我依赖性增大。这原因是2010年之后，这些地区加大了对原料加工和化学品生产等产业的扶持力度，使得污水处理相关的本地供应链更加完整并具有竞争力。

  为进一步探明排放足迹变化的主控因子，该研究首次进行了分阶段排放的社会经济驱动因素分析。根据结果得出，排放强度下降、经济生产结构和最终需求结构的变化是温室气体排放减少的主要驱动因素。而需求侧变化（如人口和人均需求）仍然是温室气体排放增加的主要推动力。总的来看，在2006至2010年期间，尽管污水处理和污泥处置技术取得了一定进步，但污水处理厂的总排放足迹仍明显地增长，增幅在23%到235%之间。2010-2015年，在经济生产结构、排放强度和最终需求结构变化的驱动下，华南和西南地区的排放足迹总量分别下降了24%和4%，但别的地方的总排放足迹仍呈现10%-49%的增长。

  从温室气体组分来看，对于大多省份而言，技术进步能够有实际效果的减少污水相关的CO2排放，而对于CH4和N2O的减排，调整经济生产结构与最终需求结构同样关键。例如，对于山西和浙江来说，控制CH4排放的重点是逐步优化产业体系。有必要注意一下的是，最终需求结构的变化是近年N2O排放足迹下降的主要驱动因素，但仍不足以抵消其他因素造成的增长。这导致各省在2010-2015年间污水处理相关N2O排放上升8%-282%。对于宁夏、河北和山东等地区，迫切地需要通过采用SBR或MBR等低排放处理技术，优化药品和设备上游供应链等监管措施，实现降低N2O排放的目标。

  从生命周期阶段来看，基础设施、污水处理和再生水利用、污泥处置阶段中主导性驱动因子有显著差异。例如，由于节能处理设备的更新和上游部门制造效率的提高，青海、宁夏、黑龙江、吉林和广东等地区在基础设施阶段的排放量均减少了100万吨CO2e以上。对于污水处理和再生水利用阶段，在排放强度、经济生产结构和最终需求的变化共同作用下，黑龙江、青海和云南等省份的排放量减少了60%以上。然而，在污泥处理阶段，排放强度的增长导致大多数省份的温室气体排放量呈现上升趋势，其中江苏、福建、湖南和甘肃的排放量均增加了10万吨CO2e以上。

  为了实现污水处理部门的深度脱碳，该研究建议推进基于全供应链的温室气体排放管理策略，包括：

  （1）开展供应链协同合作，助力能源密集型地区实现低碳转型。例如，在金属、矿产品和化工等排放密集型行业中，消费型省份能够最终靠投资先进的技术来提高工业流程效率，减轻生产型省份的减排负担；

  （2）促进区域产业体系转型和需求模式升级，这将为减少全生命周期排放提供额外的机会。比如，在山西、浙江等地区，应推进本地或上游地区清洁能源的生产和使用来减缓CH4排放；

  （3）在基础设施建设阶段，应大力推广高性能混凝土、再生混凝土等低碳材料的使用，以此来减少外包排放；

  （4）在污水处理与再生水利用阶段，整合低碳处理技术（SBR、MBR和A2O/AO等）可大大降低此阶段的温室气体排放；

  （5）在污泥处置阶段，河南、四川和宁夏等地区现行的污泥填埋、土地利用等处置方式排放强度较高，亟需向焚烧或回用作绿色建筑材料等低碳处置措施过渡；

  （6）设计城镇污水处理的跨区域排放配额交易和绿色信贷等市场机制试点，激励污水处理厂自主参与温室气体排放管理和低碳技术改造。

  该研究首次从供应链的视角，揭示了城镇污水处理部门温室气体排放跨区域转移模式、控制关系和驱动因素。污水处理是推动工业温室气体减排的重要领域，未来需系统性开展源头节水增效、处理过程节能降碳和污水污泥资源化利用。该研究表明，供应链协同管理既是推动城镇污水处理部门可持续发展的重点，也是实现污水厂全生命周期碳中和过程中不容忽视的难点。