第一作者：Cuihong Song
通讯作者：Zhiyong Jason Ren
DOI:https://doi.org/10.1038/s44221-024-00318-2
摘要：该研究深入探讨了污水处理行业在实现碳净零排放过程中所面临的挑战及创新策略，该行业是全球温室气体的一个重要来源。与其他基础设施部门不同，污水处理涉及复杂且难以量化的各类排放源，这给标准化带来了困难。该研究通过文献挖掘、数据分析和案例研究提供了该行业排放概况的全球概览。研究强调了排放量的巨大差异性，识别了关键排放源及其位置，并提倡采取富有针对性的监测与减缓策略。文章还指出了采用新技术和核算方法可能导致碳排放在不同范畴（scopes）之间的转移现象，并主张进行综合分析以优化整合，确保整体碳足迹减少带来的净效益。该研究强调了，为了实现（本世纪）中期碳净零（碳中和）目标，迫切需要重新审视当前的实践，也同时强调准确量化排放量以及综合脱碳策略的关键作用。
报告和减少温室气体排放对于各国、地区和行业实现净零碳目标至关重要。在主要温室气体排放行业中，尽管污水处理行业是全球甲烷排放的第五大来源和氧化亚氮的第三大来源，但该行业的研究相对较少。此外，污水行业消耗全球约0.8%至4%的电力，在许多城镇，污水处理设施是最大的能源消费者之一。然而，与能源和交通等其他部门不同，污水管理相关的温室气体排放特性更为复杂，涉及所有三种排放范畴，且难以测量和减少。
目前，政府间气候变化专门委员会（IPCC）关于污水的排放指南主要针对国家层面，使用简单的全球排放因子或鼓励使用国家特定的排放因子，但许多研究发现，实际的污水处理直接排放根据处理过程、运行条件、地理差异和季节等现场特定因素，可能有四到六个数量级的变化。使用默认排放因子虽有助于国家层级估计，但无法真实反映地面现状，个别公用事业、城市和地区难以利用这些因子进行减排实践。此外，如果对技术和操作的温室气体排放缺乏准确理解，可能会带来长期风险。污水技术的使用寿命很长，采用不适当技术所造成的影响和损害将持续数十年，错过实现本世纪中叶净零目标的关键窗口。
该综述提供了污水行业温室气体排放的全球分析，并指出了排放量化和减少方面的关键知识空白。总结并分析了当前的理解和脱碳策略，并讨论了短期、中期和长期的脱碳机会。此外，通过探索关键问题和未知因素，旨在激发对这一关键基础设施行业脱碳的讨论和行动。
作者在该综述论文中提供了大量案例研究，并对相关方面和议题提出了新颖且富有启发性的观点，聚焦在（节标题）：
The unique emission profile of the wastewater sector Not every utility is created equal Net-zero carbon starts with net-zero energy Reduce process emission through operation optimization The interplay between resource recovery and decarbonization Beyond the gates and beyond the scopes Towards net-zero emissions
根据文章的内容并结合小编自己的理解，现在整理了其对应的中文译文如下，仅供参考：
污水处理行业独特的排放特征 与污水处理相关的不同事业单位的碳排放因子不该认为是一样的 碳净零排放始于污水处理行业净零能源消耗 通过优化操作减少污水处理过程的碳排放 资源回收与脱碳之间的相互作用 超越传统界限和排放范围来考虑更广泛的碳排放（scope 4排放） 迈向碳净零排放
范围1（scope 1）包括由公用设施所有设施直接产生的排放，如污水处理及排放过程中产生的甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）和基于化石燃料的二氧化碳（CO2）排放，还包括沼气和天然气燃烧、公用设施车辆排放以及其他由污水回收再利用设施（WRRFs）拥有或控制的来源。 范围2（scope 2）涵盖使用购电、热力或蒸汽进行操作（如泵输送和曝气）所产生的间接排放。 范围3（scope 3）则包括价值链（value chain）中的排放，如建设、化学品使用、副产品利用（例如生物甲烷）以及场外污泥管理等。
图 2. 废水收集和处理不同阶段的设施级温室气体排放。a-c, 范围1（a）、范围2（b）和范围3（c）内每个阶段的排放量及分布。箱线图展示了25%、50%和75%分位数以及异常值边界（即基于1.5倍四分位距（IQR）得到的边界值）。为保持与参考文献64的一致性，Const_S 和 Const_W 分别指下水道和水资源回收设施（WRRF）在30年寿命期内的建设。红色点表示算术平均值，如箱体上方的文字所示。n表示监测数据的数量。原始数据分别从参考文献中收集。
某范围（scope）的碳排放因技术或实践的变化迁移至其他范围问题
排放转移是指由于组织内部操作、技术或实践的变化，导致排放从一个排放范畴转移到另一个范畴的情况。跟踪这些转移对于准确评估一个组织碳足迹的净环境影响至关重要。排放转移的问题在像污水处理排放这样复杂的场景中，尤其重要。因为在这些复杂的情况下，需要对所有排放范畴（scope 1, 2, 3）进行全面分析，才能做出重要决策并建立准确的温室气体清单。例如，华盛顿特区的Blue Plains高级污水处理厂在安装热水解过程以增强污泥消化性后，甲醇使用量增加了54%，导致其A/B活性污泥处理过程中铵的负荷增加。如果该设施仅报告强制性的范围1和范围2排放，由于生物气体能源的增强回收，工厂的碳排放因子看似会降低。然而，这并未包括由于甲醇消耗增加而导致的范围3的上升。幸运的是，该设施进行的全面分析显示，得益于购买的电力减少、生物固体运输减少和石灰消耗降低，总排放每年减少了45,000吨二氧化碳当量。因此，虽然报告范围3排放是自愿的，但如果只覆盖范围1和范围2，排除范围3可能会导致对净减排的误导性描述。然而，总的环境影响可能比看上去更为复杂。
净零碳排放始于净零能源消耗
如图3，废水处理行业是能源密集型的，全球消耗了0.8%到4%的电力。在许多情况下，水资源回收设施（WRRFs）是一个城市中最大的能源消费者之一，一些研究表明与电力相关的排放占政府运营排放的13%至21%。鉴于范围2的排放占强制报告排放的大约43%，实现能源净零确实是废水处理领域达到碳净零的一个关键里程碑。
图 3 城市污水集中处理在短期（<10年）、中期（10 - 20年）和长期（>20年）的行业层面温室气体减排潜力。a, 用于减少碳足迹的脱碳wedge图。仅包括范围1和范围2排放。由于缺乏数据，某些项目（例如下水道排放）以及范围3被排除在外。PV代表光伏。b, 范围1排放物中CH4和N2O排放从基线到短期、中期和长期的减排百分比。c, 范围2中与电力相关及避免排放从基线到短期、中期和长期的减排百分比。
在考虑碳足迹时，不仅需要消除物理障碍；扩展的温室气体排放范围，或所谓的范围4排放，对于废水基础设施也是重要的。虽然IPCC和GHG协议标准尚未正式定义，但范围4排放代表了与服务或产品相关的避免排放（avoided emission）：类似于远程会议减少了通勤和旅行相关的排放，节约用水也可以间接减少废水部门的排放。通过降低需要处理的废水量，它可以减少与能源和化学品使用相关的排放，并可能也会减少相应的温室气体逃逸排放。
迈向净零排放
实现温室气体净零排放是一项鼓舞人心的任务，需通过全面的分析和系统性理解，来设计、实施并验证多样化的减排策略，同时得到金融、政策及利益相关者等多个角度的支持（图4）。
图 4. 实现废水部门净零排放的缓解行动、战略和推动因素。全面的分析和系统性理解，在强有力的金融、政策框架及利益相关者参与的支持下，对于有效设计、实施和验证各种减排策略以实现温室气体减排最大化而言至关重要。
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