温室气体排放导致的气候变化是目前人类面临的重大挑战之一，削减温室气体排放，节能降碳，绿色发展是当下的大势所趋。

污水处理是典型的能源密集型高能耗行业，污水处理设施建设需要消耗大量高能源强度、高碳密度的原材料，在污水输送和处理过程中又会通过气体逸散、能源消耗、药剂消耗等造成直接或间接的温室气体排放。除CO2外，CH4和N2O也是污水处理系统排放的重要温室气体，二者的全球变暖潜能值分别是 CO2 全球变暖潜能值的25、298倍（以 100 年为周期计算）。污水处理行业规模虽然不大，但其碳排放量占全社会碳排放总量的1%～2%。据Eurostat2014年欧洲统计报告，污水处理与固体废弃物处理组成的废物处理行业是第五大碳排放行业，占全社会总碳排放量的3.3%。美国EPA统计估计，全球污水行业2015年CH4和N2O逸散量分别为5.4亿t 和0.9亿t CO2当量，预测2030年将分别超过6亿t 和1亿t CO2当量，约占非CO2总排放量的4.5%。

污水管道系统温室气体排放被低估

目前对污水处理系统温室气体排放的研究主要集中在污水处理厂尺度，对污水管道系统的关注较少。这主要是因为先前的研究是在有限的系统边界内进行的，常侧重于估算管道材料产生的能源消耗和下水道管道系统主要阶段（例如，建设、运营和维护）的温室气体排放，缺少全生命周期的评价，忽视了直接的温室气体排放（即污水在管道中流动过程形成的CH4和 N2O等）和污水管道系统运行过程中城市规模的电能消耗。例如，政府间气候变化专门委员会 （IPCC） 提供的清单指南提出“封闭污水管道中的废水不是甲烷的重要来源”，故国际温室气体核算协议忽略了废水收集系统中潜在的CH4生成量。但是，大量研究表明，压力管道中CH4浓度接近甚至超过标准状态下CH4的饱和浓度；1项澳大利亚的研究表明，若污水处理厂进水全部为压力管道输送，则污水输送系统产生的温室气体量是污水和污泥处理过程中产生温室气体总和的12%~100%；另1项研究基于监测数据提出了1个经验拟合的理论模型来预测加压管道的溶解CH4浓度，证实了加压管道CH4排放的潜力，且管道中水力停留时间越长、表面积与体积比越大，溶解CH4浓度越高。

此外，由于对污水管道系统中发生的化学、生物和运输过程的了解有限，限制了对其温室气体排放的准确评估，而影响物理化学过程的系统特性的不确定性（如准确的废水成分、沉淀、再悬浮），对量化温室气体排放构成了进一步的挑战。

污水管道全生命周期温室气体产生途径

污水管道系统的整个生命周期阶段主要包括：（1）材料生产；（2）材料运输；（3）施工；（4）运行；（5）维护；（6）寿命结束。材料生产阶段的温室气体排放量与管道材质、管径等因素有关；材料运输、施工阶段的温室气体排放主要来自运输、挖掘等机械的燃料和动力消耗。运行阶段的间接温室气体排放主要是污水提升所用的电耗，直接温室气体排放来自微生物的生化反应，污水管道空间相对封闭，空气流通性差，易形成缺氧甚至厌氧环境，导致挂壁或沉积的有机物厌氧发酵而产生CH4，研究显示，下水道甲烷排放系数模拟值为0.0532 g CH4/g COD，而理论上1g COD最多可以产生0.25 g CH4，这意味着下水道中有机物（COD）厌氧转化率>20%。管道维护和寿命结束阶段的气体排放与处置处理的比例和材料替换率高度相关，因为老化的管道和检修孔需要被分解和处理。

有学者以韩国大田市（DMC）的污水管道系统为例，用基于过程的生命周期评价估算了城市规模的温室气体排放。研究发现，运行阶段是DMC污水管道系统温室气体排放的主要阶段，生化反应（直接）和泵站（间接）的温室气体排放均来自该阶段（3.67 × 104 t CO2eq/a），占总温室气体排放的64.9%，其中污水管道内部甲烷的持续产生（3.51 × 104 t CO2eq/a）和运行泵站的电能消耗（0.16 × 104 t CO2eq/a）在20a中持续排放温室气体，而其他阶段仅在管道安装时一次性排放温室气体。材料生产阶段是第二大温室气体排放阶段，占总温室气体排放的16.1%，因为在制造管道和检修孔的过程中消耗了大量的原材料和能源，直径较小的管道排放的温室气体更少，混凝土管道排放的温室气体量比其他材料制成的管道更少。第三大温室气体排放源是施工阶段，占总温室气体排放的7.7%。施工过程中的排放主要来自挖掘机的燃料燃烧，占该阶段温室气体排放的87%。

减少污水管道全生命周期温室气体排放的策略

通过减少水力停留时间、优化管道表面积体积比、采用清淤等管理措施降低运行阶段的生物膜反应，可有效减少污水管道系统的温室气体排放；采用替代的施工方法，如非开挖技术，可以通过减少开挖量来减少能源消耗；在对污水管道系统进行修复时，使用小口径管道、组合管道材料、定期维护有利于减少温室气体排放；提高老化管道的回收率，能在管道使用寿命结束后减少温室气体排放。

污水管道系统全生命周期的温室气体排放不容忽视，应加强相关研究，优化管道设计，实行精细化管理，实现低消耗、低污染、低排放目标。

主要参考文献：

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