2. 流域水循环模拟与调控国家重点实验室, 北京 100038;
3. 北京市水科学技术研究院, 北京 100048
2. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, Beijing 100038, China;
3. Beijing Water Science and Technology Institute, Beijing 100048, China
温室气体排放引发的气候变化已对地球系统造成巨大影响[1]。城市是温室气体排放的主要区域，仅城市污水处理环节的温室气体排放量便占全球温室气体排放总量的1.5%左右，是城市第5大温室气体排放源[2]。如何实现污水处理系统的低碳运行已经成为城市治理的重大挑战。中国是世界上污水排放规模最大的国家[3]，根据2021年国家发改委、水利部等十部委出台的《关于推进污水资源化利用的指导意见》，未来一个时期中国污水排放规模、处理标准、回用程度还将明显提升。平衡污水处理规模上升和更严格的出水要求导致的温室气体排放增加[4]，与全社会2030年碳达峰、2060年碳中和目标的关系，对中国城市可持续发展具有重要的现实意义。
近年来，污水处理过程中的温室气体排放研究已经成为水利学科关注的热点。例如，翟萌等[5]采用联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)推荐方法对西安某污水处理厂排放的温室气体进行核算，发现随着污水处理总量的增加，温室气体排放量呈上升趋势。闫旭等[6]建立了2014年中国城镇污水处理厂温室气体排放清单，结果显示污水处理排放的温室气体在空间上分布不均，表现为东部地区高于西部地区。Demir等[7]采用直接实测法对土耳其某污水处理厂进行核算，发现污水处理排放的温室气体年内分布不均，呈现出春夏季节降低、秋冬季节升高的特征。谢淘等[8]利用理论计算及模型拟合等手段对中国北方某污水处理厂排放的温室气体进行核算，发现该厂温室气体排放量为5.68×105 kg/d，在采用沼气产能回收技术后，温室气体排放量下降至2.49×105 kg/d。Nakkasunchi等[9]认为通过工艺升级或多技术联合使用可同时实现污水处理厂节能减排和处理能力提升。综合来看，现有的污水处理系统温室气体排放研究主要包括以下3个方面：1) 解析污水处理过程中温室气体的产生机理[10-12]；2) 采用直接实测、排放因子、质量平衡等方法量化污水处理过程中的温室气体排放规模[13-15]；3) 探索研发污水处理过程中的温室气体回收控制及能源回收利用技术，以实现污水资源低碳利用[16-17]。由于巨大的污水排放规模及“双碳”战略的出台，中国成为全球污水处理温室气体排放研究的热点地区[18-20]，但现有研究普遍缺少对城市系统未来排放趋势的预测分析，难以提出有针对性的减排措施；且目前研究较少考虑药物消耗、污水管网和污泥处置产生的温室气体[21-22]，导致计算结果较实际值明显偏小。
北京市是典型的资源型缺水城市，2010—2020年人均水资源量仅132 m3，为全国的1/16。近年来，北京市经济保持中高速增长，但用水总量一直控制在41亿m3以内，污水处理及回用起到了关键作用。从2013年起，北京已先后实施3轮“污水处理三年计划”，对中心城区污水处理厂和新(改、扩)建污水处理厂进行了系统改造。截至2020年，北京已成为中国再生水利用水平最高的城市之一，其污水处理回用量达12亿m3，约占全市供水总量的1/3、占全国再生水回用量的1/12。再生水作为“高耗能、高排放”水源，其大规模利用无疑会导致温室气体排放规模的明显增加。在2030年碳达峰、2060年碳中和的战略目标下，开展北京市污水处理系统温室气体排放研究，对于全国其他城市具有借鉴意义。本文以北京市作为研究区域，对2010—2020年污水处理系统的温室气体排放规模进行核算，预测在2035年基准情景、高标准出水情景、低碳排放情景下全市污水处理系统的温室气体排放量，并提出相关减排建议，以期为城市污水处理系统的低碳运行提供参考。
1 研究方法 1.1 理论框架北京市污水处理系统如图 1所示。城市污水处理系统包括污水管网、污水处理、污泥处置和出水4个环节，在运行过程中的生化反应、能源消耗和物质消耗均会产生大量的温室气体。按照种类和产生方式的不同，污水处理系统的温室气体可分为直接排放和间接排放，其中直接排放指厌氧降解、硝化、反硝化等生化作用产生的甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)和化石来源二氧化碳(fossil fuel carbon dioxide, CO2ff)，间接排放指电力消耗和药剂消耗产生的二氧化碳(CO2)[23]。考虑到出水环节的温室气体排放规模较小，仅占污水处理系统温室气体排放总量的2%[24]，因此本研究不对该环节进行专门分析。此外，本研究以二氧化碳当量(carbon dioxide equivalent, CO2e)作为温室气体排放的衡量指标。为易于区分，本文中公式下角标中的E、C、O、CH4、N2O、CO2ff分别表示电力、药剂、回收补偿、甲烷、氧化亚氮和化石来源二氧化碳，T表示其总量；α、β、γ分别表示污水管网、污水处理和污泥处置环节；N、W、S分别表示污水管道类型、污水处理工艺和污泥处置方式；p、c、f、b、m分别表示聚合物、煤、燃油、水泥和肥料。
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| 图 1 北京市污水处理系统 |
1.2 污水处理系统温室气体核算体系 1.2.1 污水管网温室气体核算
污水管网主要包括污水管道、泵站及附属建筑物，其中污水管道可以分为上升式管道(真空泵送)和重力式管道。由于不同的动力方式使得2种管道的环境有所差异，进而影响了管壁中微生物种群的演替和生物活性，因此2种管道中CH4和N2O的排放强度有所不同。在本研究中，污水管网环节温室气体排放计算公式参考陆家缘[24]和Jin等[25]的研究。
| $ M_{\mathrm{T}, \alpha}=25 M_{\mathrm{CH}_4, \alpha}+298 M_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, \alpha}+M_{\mathrm{E}, \alpha}, $ | (1) |
| $ M_{\mathrm{CH}_4, \alpha}=\sum\limits_i \mathrm{EF}_{\mathrm{CH}_4, N_i} \times X_{N_i} \times Q \times 10^{-6}, $ | (2) |
| $ M_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, \alpha}=\sum\limits_i \mathrm{EF}_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, N_i} \times X_{N_i} \times D \times Q \times 10^{-6}, $ | (3) |
| $ M_{\mathrm{E}, \alpha}=\mathrm{EF}_{\mathrm{E}} \times Z \times Q \times 10^{-3} . $ | (4) |
式中：MT, α为污水管网环节的温室气体排放总量，t；MCH4, α为污水管网的CH4排放量，t；MN2O, α为污水管网的N2O排放量，t；ME, α为污水管网中电力消耗产生的温室气体排放量，t；EFCH4, Ni为第i种污水管道的CH4排放因子，g/m3；XNi表示第i种污水管道的比例，%；EFN2O, Ni为第i种污水管道的N2O排放因子，kg/kg；D为进水总氮质量浓度，mg/L；EFE为电力排放因子，来源于生态环境部公布的《中国区域电网基准线排放因子》，取值范围为0.942~1.058 kg/(kW·h)，下同；Z为输送污水耗电强度，取值为0.065 kW·h/m3[26]；Q为污水年处理量，m3。由于缺少北京市污水管道的详细数据，参考全国污水管道类型数据[24]，认为北京市重力式污水管道的收纳能力占总收纳能力的75%，其他污水由上升式管道收集。重力式管道和上升式管道中CH4和N2O排放因子取相关文献参数值范围的算术平均值，如表 1所示。
1.2.2 污水处理温室气体核算
根据《城镇排水统计年鉴》，北京市污水处理工艺主要为厌氧-好氧(anaerobic oxic, AO)工艺、厌氧-缺氧-好氧(anaerobic anoxic oxic, AAO)生物脱氮除磷工艺、间歇曝气活性污泥(sequencing batch reactor, SBR)工艺、连续进水周期循环活性污泥(cyclic activated sludge system, CASS)工艺、间歇进水周期循环活性污泥工艺(cyclic activated system technology, CAST)、膜生物反应器(membrane bio-reactor, MBR)工艺、氧化沟(oxidation ditch, OD)工艺和流化床(fluidized bed, FE)工艺。考虑到CASS工艺和CAST属于SBR工艺的变形，将它们统一归为SBR工艺；此外，北京市采用AO和FE工艺的污水处理厂数量较少，本研究将这2种统一归为其他类型工艺。在本研究中，污水处理环节温室气体排放计算公式参考闫旭等[6]、余娇等[15]和郭盛杰等[18]的研究。
| $ \begin{gathered} M_{\mathrm{T}, \beta}=25 M_{\mathrm{CH}_4, \beta}+298 M_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, \beta}+ \\ M_{\mathrm{CO}_{2 \mathrm{ff}}, \beta}+M_{\mathrm{E}, \beta}+M_{\mathrm{C}, \beta}, \end{gathered} $ | (5) |
| $ M_{\mathrm{CH}_4, \beta}=\sum\limits_j \mathrm{EF}_{\mathrm{CH}_4, W_j} \times A_{W_j} \times 10^{-3}, $ | (6) |
| $ M_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, \beta}=\sum\limits_j \mathrm{EF}_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, W_j} \times L_{W_j} \times \frac{44}{28} \times 10^{-3}, $ | (7) |
| $ M_{\mathrm{CO}_{2 \mathrm{ff}}, \beta}=\sum\limits_j \mathrm{EF}_{\mathrm{CO}_{2 \mathrm{ff}}, W_j} \times A_{W_j} \times 10^{-3}, $ | (8) |
| $ M_{\mathrm{E}, \beta}=\sum\limits_j \mathrm{EF}_{\mathrm{E}} \times H_{W_j} \times 10^{-3}, $ | (9) |
| $ M_{\mathrm{C}, \beta}=\sum\limits_j \mathrm{EF}_{\mathrm{C}, W_j} \times Q_{W_j} \times 10^{-3} . $ | (10) |
式中：MT, β为污水处理环节的温室气体排放总量，t；MCH4, β为污水处理的CH4排放量，t；MN2O, β为污水处理的N2O排放量，t；MCO2ff, β为污水处理的CO2ff排放量，t；ME, β为污水处理中电力消耗产生的温室气体排放量，t；MC, β为污水处理中药物消耗产生的温室气体排放量，t；EFCH4, Wj为第j种污水处理工艺的CH4排放因子，kg/t；EFN2O, Wj为第j种污水处理工艺的N2O排放因子，kg/t；EFCO2ff, Wj为第j种处理工艺的CO2ff排放因子，kg/t；EFC, Wj为第j种处理工艺的药剂排放因子，kg/m3；AWj为第j种处理工艺的污染物年消减量，t；LWj为第j种处理工艺的总氮年消减量，t；HWj为第j种处理工艺的年用电量，kW·h；QWj为第j种处理工艺的污水年处理量，m3。本文中不同污水处理工艺的CH4、N2O、CO2ff和药剂的排放因子取值如表 2所示。
| 处理工艺 | EFCH4, Wj/(kg·t-1) | EFN2O, Wj/(kg·t-1) | EFCO2ff, Wj/(kg·t-1) | EFC, Wj/(kg·m-3) | 文献 |
| AO | 0.595 | 13.427 | 46.354 | 0.008 3 | [24, 34-38] |
| SBR | 1.820 | 29.285 | 84.234 | 0.031 1 | |
| AAO | 0.810 | 0.458 | 28.730 | 0.008 3 | |
| OD | 2.970 | 1.375 | 23.510 | 0.021 4 | |
| MBR | 2.700 | 14.100 | 43.620 | 0.122 4 | |
| FE | — | 11.670 | 43.620 | 0.017 0 | |
| 注：因CASS工艺和CAST均属于SBR工艺的变形，在本研究中CASS工艺和CAST的排放因子同SBR工艺一致。 | |||||
1.2.3 污泥处置温室气体核算
根据《城镇污水处理厂污泥处置分类》(GB/T 23484—2009)和相关研究，北京市污泥处置途径包括卫生填埋、焚烧、建材利用和土地利用4类。参考文[39-43]，2010年北京市污泥无害化处理比例为50%，2010—2015年每年以6%的速率增加，2015—2020年每年以3%的速率增加。在本研究中，污泥处置环节温室气体计算公式参考林文聪等[44]、陆家缘[24]和Chai等[45]的研究。
| $ \begin{gathered} M_{\mathrm{T}, \gamma}=25 M_{\mathrm{CH}_4, \gamma}+298 M_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, \gamma}+ \\ M_{\mathrm{E}, \gamma}+M_{\mathrm{C}, \gamma}-M_{\mathrm{O}, \gamma}, \end{gathered} $ | (11) |
| $ M_{\mathrm{CH}_4, \gamma}=\sum\limits_k Y_{S_k} \times \mathrm{EF}_{\mathrm{CH}_4, S_k} \times V \times 10^{-3}, $ | (12) |
| $ M_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, \gamma}=\sum\limits_k Y_{S_k} \times \mathrm{EF}_{\mathrm{N}_2 \mathrm{O}, S_k} \times V \times 10^{-3}, $ | (13) |
| $ M_{\mathrm{E}, \gamma}=\sum\limits_k Y_{S_k} \times \mathrm{EF}_{\mathrm{E}} \times U_{\mathrm{E}, S_k} \times V \times 10^{-3}, $ | (14) |
| $ \begin{gathered} M_{\mathrm{C}, \gamma}=\sum\limits_k\left(\mathrm{EF}_{\mathrm{p}} \times U_{\mathrm{p}, S_k}+\mathrm{EF}_{\mathrm{c}} \times U_{\mathrm{c}, S_k}+\right. \\ \left.\mathrm{EF}_{\mathrm{f}} \times U_{\mathrm{f}, S_k}\right) \times Y_{S_k} \times V \times 10^{-3}, \end{gathered} $ | (15) |
| $ \begin{gathered} M_{\mathrm{O}, \gamma}=\sum\limits_k\left(\mathrm{EF}_{\mathrm{b}} \times U_{\mathrm{b}, S_k}+\mathrm{EF}_{\mathrm{m}} \times U_{\mathrm{m}, S_k}\right) \times \\ Y_{S_k} \times V \times 10^{-3} . \end{gathered} $ | (16) |
式中：MT, γ为污泥处置环节的温室气体排放总量，t；MCH4, γ为污泥处置的CH4排放量，t；MN2O, γ为污泥处置的N2O排放量，t；ME, γ为污泥处置中电力消耗产生的温室气体排放量，t；MC, γ为污泥处置中药物消耗产生的温室气体排放量，t；MO, γ为污泥回收利用产生的温室气体补偿量，t；EFCH4, Sk为第k种污泥处置方式的CH4排放因子，kg/t；YSk为第k种处置方式的比例，%；V为干污泥产量，t；EFN2O, Sk为第k种处置方式的N2O排放因子，kg/t；EFp、EFc、EFf、EFb和EFm分别为聚合物、煤、燃油、水泥和肥料的排放因子，kg/kg、kg/GJ、kg/L、kg/kg和kg/kg；UE, Sk、Up, Sk、Uc, Sk、Uf, Sk、Ub, Sk和Um, Sk分别为第k种处置方式的电力、聚合物、煤、燃油、水泥和肥料的使用强度，kW·h/t、kg/t、GJ/t、L/t、kg/t、和kg/t，取值来源于文[46]。本文中不同污泥处置方式的CH4、N2O等的排放因子取值如表 3所示。
1.2.4 温室气体排放因子选取原则
排放因子是计算污水处理系统温室气体排放量的重要参数。为了准确评估北京市污水处理系统的温室气体排放规模，本研究中排放因子的选取主要遵循以下原则：1) 优先选择以北京市污水处理系统为研究对象的相关参数；2) 当缺乏针对北京市的研究参数时，选择国内其他地区或全国尺度的相关参数；3) 当缺少国内相关数据时，选择国外研究数据。根据上述原则，如表 1—3所示，本研究中电力排放因子、AO、SBR、AAO和OD工艺的CH4、N2O和CO2ff排放因子来源于相关学者对北京市的研究结果；输送污水耗电强度、MBR和FE工艺的CH4、N2O、CO2ff排放因子、不同污泥处置方式的CH4、N2O排放因子及药剂的使用强度来源于国内其他地区或全国尺度的研究结果；污水管网的CH4和N2O排放因子来源于相关学者对澳大利亚污水管道的实际监测结果；不同污水处理工艺的药剂排放因子和不同污泥处置方式的药剂排放因子来源于国外相关研究。
1.3 情景设置根据《北京市水资源保障规划(2020—2035年)》《北京市市政基础设施专项规划(2020—2035年)》和《北京市“十四五”时期污水处理及资源化利用发展规划》，2035年北京市污水处理规模、污水处理率和处理能力将分别达到30.13亿m3、99%和900.00万m3/d，分别比2020年增加10.72亿m3、4%和212.10万m3/d。污水处理量的显著增加无疑会导致温室气体排放规模的上升。为预测不同情况下2035年北京市污水处理系统的温室气体排放规模，本研究设置3种污水处理情景。
1) 基准情景。选择2020年为基准年，不考虑进一步的减排措施，以基准年污水处理工艺及排放强度预测2035年北京市污水处理系统的温室气体排放量。
2) 高标准出水情景。依据《北京市城镇污水处理厂水污染物排放标准》《北京市“十四五”时期生态环境保护规划》和《北京市“十四五”时期污水处理及资源化利用发展规划》，未来达到北京市地方标准(准Ⅳ类及以上)的污水处理厂数量和比例将持续增长。据此假设2035年北京市污水处理厂均执行准Ⅳ类及以上排放标准，且污水处理工艺都采用处理效率最高的MBR工艺[48-49]，污水处理规模与基准情景一致。
3) 低碳排放情景。考虑到2030年碳达峰、2060年碳中和的战略目标要求，假设未来北京市所有污水处理厂都采用平均温室气体排放强度最低的AAO工艺，污水处理规模与基准情景一致。
1.4 数据来源本研究所需的数据主要包括3类: 1) 北京市污水处理系统活动水平相关参数，主要为污水处理量、排水管道长度、污水处理工艺、干污泥产生量等，来源于《北京市水务年鉴》及《城镇排水统计年鉴》；2) 计算因子，包括CH4、N2O、电力、药剂等排放因子和相应的使用强度，来源于《中国区域电网基准线排放因子》和文[24, 26-38, 45-47]；3) 污水排放规模预测数据，主要为2035年生产生活用水量、污水处理率和污水排放系数等，来自《北京市水资源保障规划(2020—2035年)》《北京市市政基础设施专项规划(2020—2035年)》和《城市排水工程规划规范》等相关资料。
2 结果与讨论 2.1 2010—2020年北京市污水处理系统活动水平图 2展示了北京市污水处理系统活动水平。图 2e中“其余”为国家二级、国家三级、北京市二级等执行标准。由图 2可以看出，2010—2020年，北京市排水管道总长度从10 172 km增长到25 215 km，增长了1.5倍，其中污水管道和雨水管道长度逐年增加，雨污合流管道长度则有所减少。目前，北京市雨污合流管道长度为1 511 km，仅占管道总长度的6%。随着排水管道延伸和污水处理基础设施逐步完善，北京市的污水处理水平得到了很大提高。从2010年到2020年，全市污水处理厂从40座增加至70座，污水处理率从81%增加至95%，年处理量由11.47亿m3增加至19.41亿m3。由于污水量的大幅增加，污水处理产生的干污泥量(含水率低于85%)也从2010年的104.42万t增长至2020年的165.64万t，年均增长率达4.28%。
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| 图 2 北京市污水处理系统活动水平 |
在污水处理能力快速提升的同时，污水处理厂的出水品质也持续提高。截至2020年，出水品质满足国标一级A和国标一级B的污水处理厂数量占比分别为8.57%和14.29%，其余77.14%的污水处理厂采用了处理要求更加严格的北京地方标准。从处理工艺看，市政污水行业的处理工艺也日益多元化，包括AAO、OD、SBR、MBR等。目前北京市采用最多的是AAO工艺，占比为40%；受愈发严格的出水质量标准影响，能够更有效清除污水中有机物、氨氮、悬浮物的MBR工艺占比逐年上升，从2010年的7.5%增加到2020年的20%。
2.2 2010—2020年北京市污水处理系统温室气体排放2010—2020年北京市污水处理系统及各环节的温室气体排放量如图 3所示。2010—2020年北京市污水处理系统排放的温室气体(以CO2e计，下同)从119.13万t增加至226.91万t，呈明显上升态势，年均增幅为6.03%。污水处理是温室气体排放最多的环节，平均占比为51.27%，11年间污水处理环节的温室气体排放增幅达到109.60%。污泥处置是第2大排放环节，温室气体排放量平均占比为39.92%，排放量从2010年的50.25万t增长至2020年的84.20万t，增长了67.56%。污水管网的温室气体排放占比较小，仅为8.81%，但其增速较快，从2010年的10.55万t增长至2020年的20.45万t，11年间增长了93.84%。
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| 图 3 北京市污水处理系统及各环节的温室气体排放量 |
从排放来源看，不同环节差异明显。污水管网环节主要是电耗和CH4逸散，这一方面是由于污水排放量增加使得泵站等设施的耗电量大幅增加，另一方面是由于上升式管道的普及提高了CH4的排放强度；污水处理环节主要是电耗和N2O逸散，这与污水处理量增加、出水质量标准提升导致的更高耗电量以及N2O具有更强的温室效应有关；污泥处置环节主要是CH4和N2O逸散，这主要是因为土地利用、卫生填埋等污泥处置方式的CH4和N2O排放强度较高。整体来看，在北京市污水处理系统中，由电耗和药耗组成的间接排放占主导地位，贡献率达62.79%，其排放量从2010年的72.14万t增加至2020年的151.94万t，增长了110.62%；由CH4、N2O和CO2ff构成的直接排放相对较少。
2010—2020年北京市污水处理系统的温室气体排放强度从1.05 kg/m3增长至1.20 kg/m3，峰值出现在2017年(1.27 kg/m3)。北京市污水处理系统各类处理工艺和执行标准的温室气体排放强度如图 4所示。根据图 4a，AAO工艺的平均排放强度为1.02 kg/m3，明显低于其他(AO和FE)、OD和SBR工艺，MBR工艺的平均排放强度最高，达到1.81 kg/m3，是AAO工艺的1.77倍。在执行标准方面，基于《北京市水务年鉴》中各污水处理厂出水标准，结合本研究计算得到的污水处理系统温室气体排放总量，汇总得出北京市不同污水处理标准的温室气体排放强度，如图 4b所示。结果表明，北京市地标的排放强度普遍大于国标水平，具体表现为：北京市地标一级A(1.36 kg/m3)>北京市地标一级B(1.31 kg/m3)>国标一级A(1.30 kg/m3)>国标一级B(1.07 kg/m3)。
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| 图 4 北京市污水处理系统的温室气体排放强度 |
2.3 不同情景下2035年北京市污水处理系统温室气体排放预测
综合考虑污水规模上升、污水处理提质增效及低碳发展的要求，设置基准、高标准出水和低碳排放3种情景，不同情景下的2035年温室气体排放预测结果如图 5所示。在基准情景下，北京市污水处理系统的温室气体排放量从2020年的226.91万t增长至2035年的362.76万t，增长率为59.87%。在更注重出水品质的高标准情景下，污水处理系统的温室气体排放量将上升至478.09万t，比基准情景多31.79%，比2020年多110.69%。在低碳情景下，污水处理系统的温室气体排放量将达到320.79万t，相比于基准情景和高标准情景，分别减少11.57%和32.90%，表明在不进一步采取节能减排措施的背景下，通过工艺结构优化，污水处理系统的温室气体排放量将明显减少，但与2020年相比仍会增加41.37%。
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| 图 5 2035年北京市污水处理系统温室气体排放量预测 |
现有研究表明[50]，增加三级过滤系统(如砂滤)后的AAO工艺可以实现高品质出水，但随着处理设备的增加也需要更多的土地资源和资金投入。基于相关资料[51-52]，北京市采用MBR工艺的污水处理厂平均占地面积为6 267 m2/(万m3·d-1)，增加三级过滤系统的AAO工艺平均占地面积为8 400 m2/(万m3·d-1)，这意味着处理规模每增加1万m3/d，AAO工艺比MBR工艺多占地2 133 m2；按照北京市出让国有建设用地使用权基准地价更新通知[53]，目前北京市市政设施建设用地的地价约1 900元/m2，这也意味着处理规模每增加1万m3/d，AAO工艺比MBR工艺的土地成本多约405万元。在建设成本方面，参考相关资料，增加三级过滤系统的AAO工艺比MBR工艺直接建设成本多150万元/(万m3·d-1)。因此，北京市若要实现2035年污水处理量30.13亿m3、污水处理率99%和污水处理能力900万m3/d的规划目标，高标准情景会比基准情景多排放温室气体115.33万t；低碳情景比高标准情景少排放温室气体157.30万t，但投资和占地面积分别会增加49.95亿元和192万m2。
3 结论本文以2010—2020年间北京市所有污水处理厂为研究对象，构建了北京市污水处理系统的温室气体核算框架，并进行了排放特征分析和未来排放量预测，主要得到以下结论：
1) 2010—2020年，北京市污水处理系统的温室气体排放量由119.13万t增长至226.91万t，排放强度从1.05 kg/m3增长至1.20 kg/m3。从处理环节看，污水处理环节的排放量最大，占总量的51.27%，污水管网环节的排放量最小，占总量的8.81%；从排放来源看，由电耗和药耗组成的间接排放贡献率达62.79%，占主导地位；从处理标准看，北京市地标的排放强度大于国标水平，具体表现为：北京市地标一级A(1.36 kg/m3)>北京市地标一级B(1.31 kg/m3)>国标一级A(1.30 kg/m3)>国标一级B(1.07 kg/m3)；从处理工艺看，MBR和AAO工艺分别是平均排放强度最高和最低的工艺，分别为1.81 kg/m3和1.02 kg/m3。
2) 在基准情景、高标准出水情景和低碳排放情景下，2035年北京市污水处理系统的温室气体排放量均呈现不同程度的增加，3种情景下温室气体排放量分别为362.76万t、478.09万t和320.79万t，比2020年分别增加59.87%、110.69%和41.37%。低碳情景较高标准情景可以大幅减少温室气体排放，但需要以大规模投资和大量占地为代价，根据测算，要实现相关规划确定的北京市2035年污水处理目标，采用低碳情景会增加投资49.95亿元，增加占地面积192万m2。
本研究表明，未来北京市污水处理系统排放的温室气体会明显增加，主要有两方面原因：一是北京市未来的污水处理量会大幅增长，二是电耗和药耗的强度较大。为此提出以下建议：1) 在源头方面，通过推广节水器具、普及强化居民节水意识等措施减少污水排放量、降低污水处理规模；2) 在过程方面，开发应用低碳高效的污水处理工艺和技术，提升处理过程中能源和药剂的利用效率；3) 在终端方面，积极推进污水和污泥的资源化利用，开拓新的利用渠道，实现资源循环利用。
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