在 “双碳” 目标下，城镇供水排水系统作为高能耗市政基础设施，其碳资产管理已成为智慧水务建设的核心方向。智慧水务通过物联感知、大数据分析、人工智能与数字孪生技术，实现碳足迹的精准核算、动态监测与全流程减排优化，推动水务行业从 “单一能耗管理” 向 “全链条碳资产管理” 升级。

一、水务碳资产管理的核心内涵与碳排放边界

1. 核心定义

水务碳资产管理是对供水、排水、再生水等全流程的温室气体排放进行量化核算、监测管控、减排优化与价值运营的系统性工作，核心是将碳排放作为一类特殊资产，通过技术升级与管理优化实现减排增效与碳价值变现。

2. 全流程碳排放边界与来源

依据中国城镇供水排水协会《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》，城镇水务系统碳排放分为范围 1（直接排放）、范围 2（能源间接排放）、范围 3（价值链间接排放），覆盖两大核心系统：

（1）供水系统排放源

范围 1：制水消毒剂副产物、排泥水厌氧产生的少量 CH₄，设备燃料燃烧排放；

范围 2：取水、输水、净水、配水全环节电力消耗（泵站、风机、设备用电），占供水系统碳排放的 70% 以上；

范围 3：混凝剂、消毒剂等化学药剂生产的隐含碳，管材与设备生产运输的隐含碳，管网漏损对应水量的全链条隐含碳。

（2）排水 / 污水处理系统排放源

范围 1：生物处理逸散的 CH₄、脱氮过程产生的 N₂O（全球变暖潜能为 CO₂的 273 倍），污泥填埋 / 焚烧直接排放，管网厌氧甲烷逸散；

范围 2：污水提升、曝气、搅拌、污泥处理等环节电力消耗，其中曝气系统占全厂电耗的 60%~70%；

范围 3：絮凝剂、外碳源等药剂生产隐含碳，污泥运输处置的间接排放。

二、供水排水系统碳足迹核算体系

1. 主流核算标准与方法

当前国内水务行业已形成多层级核算标准体系：

国家级指南：生态环境部《城镇污水处理厂污染物去除协同控制温室气体核算技术指南（试行）》，参考 IPCC 2006/2019 温室气体清单指南；

行业标准：中国水协《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》，覆盖给水、污水、再生水、雨水 4 个子系统全生命周期核算；

地方标准：福建、辽宁等省份已发布供排水低碳运行评价标准，细化本地化排放因子。

核心核算方法以排放因子法为主，结合生命周期评价法（LCA）：

总碳排放量 = ∑(活动水平数据 × 对应排放因子) × 全球变暖潜能值 (GWP)

2. 分环节核算要点

（1）供水系统核算

取水环节：取水泵站电耗 × 电网排放因子，取水药剂投加量 × 药剂排放因子；

制水环节：净化工艺与排泥水处理电耗，混凝剂、消毒剂消耗量对应隐含碳；

输配环节：送水泵站、二次加压泵站电耗，管网漏损量 × 单位供水全流程碳排放强度。

（2）排水系统核算

收集环节：提升泵站电耗，污水管网厌氧 CH₄逸散量；

处理环节：曝气、搅拌、回流等工艺电耗，生化反应 CH₄和 N₂O 直接排放，药剂投加隐含碳；

污泥处置：浓缩、脱水、运输、填埋 / 焚烧全流程直接与间接排放。

3. 智慧水务对核算体系的升级

传统碳核算依赖月度统计数据与静态排放因子，存在滞后性强、精度不足、无法定位排放痛点等问题。智慧水务通过技术手段实现三大升级：

动态实时核算：通过 IoT 传感器采集逐时电耗、药耗、水量、水质数据，结合动态排放因子，实现小时级碳足迹监测；

排放源精准溯源：打通工艺段级数据，定位高排放节点（如曝气工段、高压供水片区），支撑精准减排；

全生命周期数字化：结合 GIS 管网数据、设备资产台账，将建设、运维、报废全阶段碳排放纳入统一核算。

三、基于智慧化的碳减排实施路径

（一）供水系统智慧减排路径

1. 输配管网：DMA 分区 + 智能漏损管控，降低隐含碳

管网漏损不仅浪费水资源，更伴随取水 - 制水 - 输配全流程的碳排放损耗。智慧化管控通过：

（1）DMA 分区计量：搭配智能水表、压力传感器，实现分区漏损实时监测；

（2）AI 漏点识别：通过声纹、压力数据算法定位漏点，缩短抢修时长；

（3）智能压力调控：根据用水量时空分布动态调整管网压力，在保障供水的前提下降低漏损率。 漏损率每降低 1 个百分点，可减少对应供水量约 1% 的全链条碳排放，是供水系统成本最低的减排路径之一。

2. 制水工艺：精准投药 + 工况优化，减少过程排放

（1）智能加药系统：基于进水水质水量实时数据，通过算法动态调整混凝剂、消毒剂投加量，可减少药剂消耗 10%~20%，对应降低范围 3 隐含碳排放；

（2）工艺智能切换：针对低温低浊、汛期高浊等特殊工况，自动调整处理参数，避免过度能耗与药耗。

3. 泵站调度：AI 预测 + 变频优化，降低提升能耗

取水、输配水泵站是供水系统第一大电耗来源，智慧调度通过：

（1）LSTM 用水量预测：提前 24 小时预测用水量变化，优化水泵运行台数与频率；

（2）多泵站联合调度：结合 GIS 管网水力模型，全局优化压力分布，避免局部高压导致的能耗浪费。 典型项目可实现泵站电耗下降 10%~15%。

4. 分布式清洁能源替代

利用水厂屋顶、清水池、边坡等空间建设分布式光伏，配套水源热泵系统，替代市政火电。例如湖北郧阳零碳智慧水厂，安装 1942 块光伏组件，年均发电量 143 万千瓦时，年减少二氧化碳排放 1207 吨，实现厂区能源自给甚至负碳运营。

（二）污水处理系统智慧减排路径

污水处理是水务行业碳排放核心领域，曝气系统电耗占比最高，同时存在 CH₄、N₂O 等强温室气体直接排放，是减排重中之重。

1. 智能曝气系统：攻克最大排放源

曝气系统占污水处理厂总电耗的 60%~70%，智慧化改造是减排核心手段：

（1）技术架构：采用 “前馈负荷预测 + 反馈 DO / 氨氮调节 + 模型预测控制（MPC）” 架构，结合 LSTM 算法预测进水水质水量波动，动态调整风机风量与曝气阀门开度；

（2）进阶优化：新增 N₂O 在线监测，通过调控溶解氧、碳源分布抑制脱氮过程中 N₂O 生成，协同减少直接温室气体排放；

（3）减排效果：典型项目可实现曝气能耗下降 15%~35%，吨水曝气能耗从 0.35kWh/m³ 降至 0.26kWh/m³。10 万吨 / 日规模的 A²/O 工艺污水厂，优化后年碳减排量可达 1.2 万吨 CO₂-eq。

2. 精准碳源投加：减少药耗与 N₂O 排放

针对生物脱氮工艺，通过在线监测硝态氮、总氮浓度，结合进水负荷动态调整外碳源投加量，避免过量投加。实践案例显示，精准投加可减少碳源消耗 25% 以上，同时降低反硝化过程 N₂O 逸散量，实现间接减排与直接减排协同。

3. 污泥智能管控：减量化 + 资源化

（1）智能排泥：基于污泥浓度、污泥龄实时数据优化排泥周期，稳定污泥性状，减少剩余污泥产量；

（2）智慧厌氧消化：实时监测厌氧罐温度、pH、ORP 与产气量，优化进料负荷与运行参数，提升沼气产率 10%~20%，沼气用于发电或供热，替代化石能源；

（3）协同处置调度：通过智慧平台对接市政污泥、厨余垃圾协同处置项目，提升资源化效率，减少填埋甲烷排放。

4. 管网与泵站智能调度

（1）污水提升泵站优化：基于液位预测模型动态调整水泵运行，避免高液位溢流与低液位空转，降低提升能耗 10% 以上；

（2）管网淤积预警：结合流量、液位与 CCTV 巡检数据，识别淤积管段并提前清疏，保障管网过流能力，减少泵站无效运行。

（三）水 - 能 - 碳全局协同管控

1. 数字孪生碳管理平台

构建覆盖取水 - 制水 - 输配 - 收集 - 处理 - 排放全链条的数字孪生平台，整合水质、水量、能耗、药耗、碳排放数据，实现：

（1）碳足迹可视化：工艺段、片区级碳排放实时展示；

（2）减排模拟：对技改方案进行碳减排量预评估，优化投资优先级；

（3）智能决策：全局调度多水源、多水厂、多污水厂，实现水质达标前提下的碳排放最优。

2. 厂网河一体化协同优化

结合城市降雨预报、管网液位、河道水质数据，优化污水厂运行负荷与溢流调控，减少雨季溢流污染的同时，避免污水厂长期高负荷运行的能耗浪费，实现厂网河系统减污降碳协同。

四、碳资产的运营与价值变现

1. 碳减排项目开发与交易

符合条件的水务低碳项目可开发为国家核证自愿减排量（CCER）或地方自愿减排项目，通过碳交易实现收益：

（1）可开发项目类型：污水处理智能曝气节能、水厂光伏电站、污泥沼气发电、管网漏损控制等；

（2）收益参考：按当前碳价 50-80 元 / 吨 CO₂-eq 测算，万吨级减排项目年收益可达 50-80 万元，同时可申请地方低碳技改补贴。

2. 碳资产管理平台功能架构

智慧碳资产管理平台通常包含四大模块：

（1）碳监测模块：对接物联感知设备，实时采集能耗、药耗、温室气体浓度数据；

（2）碳核算模块：内置行业标准排放因子，自动生成符合规范的碳核算报告；

（3）减排管理模块：追踪减排项目进度，核算项目减排量与投资回报；

（4）碳交易模块：对接碳市场，管理碳资产配额与交易履约。

3. 政策与市场化红利

（1）多地将水务低碳改造纳入市政基础设施补贴范围，最高可覆盖设备投资的 30%；

（2）部分城市试点将碳成本纳入水价核算机制，推动低碳运营成本合理传导；

（3）绿色工厂、节水型城市等评审中，碳减排成效成为核心加分项。

五、挑战与发展方向

1. 当前主要挑战

（1）核算标准待统一：不同指南的核算边界、排放因子存在差异，企业间碳数据可比性不足；

（2）本地化排放因子缺失：多数核算采用全国平均因子，难以精准反映区域电网、药剂生产的碳排放水平；

（3）投入产出平衡压力：智慧化与低碳改造前期投入较高，中小水务企业资金压力较大；

（4）碳资产变现渠道有限：水务行业尚未纳入全国碳市场，CCER 项目开发周期长、门槛较高。

2. 未来发展方向

（1）全生命周期碳管理：从运行阶段碳排放延伸至规划、建设、运维、报废全阶段碳管控；

（2）水 - 能 - 碳 - 生协同：将水质达标、能耗控制、碳排放、生态效益纳入统一优化目标；

（3）AI 深度赋能：基于大模型的水务碳管家，实现自动诊断、自动优化、自动生成碳报告；

（4）碳市场深度融合：推动城镇水务行业纳入碳交易体系，探索水务碳普惠机制。

在 “双碳” 目标下，城镇供水排水系统作为高能耗市政基础设施，其碳资产管理已成为智慧水务建设的核心方向。智慧水务通过物联感知、大数据分析、人工智能与数字孪生技术，实现碳足迹的精准核算、动态监测与全流程减排优化，推动水务行业从 “单一能耗管理” 向 “全链条碳资产管理” 升级。