南京大学大气科学学院在《Science Advances》最新发文!

CH₄是仅次于二氧化碳的重要温室气体，具有较高的增温潜势。随着城镇化进程加快和污水处理能力持续提升，污水处理正日益成为不可忽视的CH₄排放来源。然而，由于不同污水处理厂在处理规模、工艺类型和运行条件等方面存在显著差异，基于固定排放因子的传统核算方法难以准确刻画其真实排放水平，设施尺度排放特征及其驱动机制长期缺乏系统认识。针对这一问题，该研究团队依托移动观测平台，对我国5个典型区域的105座污水处理厂开展了设施尺度高精度大气CH₄观测（图1）。

研究发现，污水处理厂CH₄排放因子主要受化学需氧量、进水有机物浓度、处理工艺和气温等因素的共同影响；在相同工艺条件下，大型污水处理厂的平均CH₄排放因子显著低于小型污水处理厂，仅约为后者的28%。这一结果表明，污水处理CH₄排放具有显著的设施异质性，难以用单一排放因子进行准确表征，亟需结合设施尺度特征开展更精细的排放评估。

图1. CH₄排放通量（ER）和排放因子（EF）在调查的污水处理厂中的分布。地图中的黄色圆圈标出了本次研究涉及的五个城市，颜色阴影以1/12度的空间分辨率显示了2015年中国废水产量的分布。子图中，红色点划线和虚线分别表示IPCC 2006和IPCC 2019的默认EF，误差条表示量化结果的标准偏差。

在国家尺度上，该团队结合设施数据库与排放因子模型，重建了我国2003—2023年城市污水处理厂CH₄排放的演变过程。结果显示，随着化学需氧量持续增长，我国污水处理厂CH₄排放自2003年以来以约12%/yr的速率增长，并于2023年达到254 ± 26 Gg CH₄/yr。与此同时，污水处理基础设施的持续升级降低了平均排放强度，使过去20年总排放增幅控制在约32%。

进一步的情景分析表明，在当前技术路径下，中国城市污水处理行业相关CH₄排放预计将在2040年前后达到峰值；若推广低排放工艺和CH₄回收技术，该行业有望在2040年实现23%的减排。研究表明，污水处理行业不仅是城市环境基础设施建设的重要组成部分，也将成为未来CH₄减排和“双碳”战略实施中的重要领域。

图2. 中国城市污水处理行业的CH₄排放和未来趋势。（A）2003年至2023年中国城市污水处理行业CH₄排放的Kaya曲线分析（5年平均结果，其中2018-2023年为6年平均值）；未来的情景包括SSP2-RCP4.5（B）、SSP1-RCP2.6（C）和SSP5-RCP8.5（D）。每种情景均揭示了未来中国不同类型城市污水处理方式对CH₄排放的贡献，包括历史趋势与未来预测（下图），以及关键影响因素（如POP、COD/POP比率）相较于2023年的变化（上图）。

该研究基于设施尺度实测，获得了我国污水处理行业CH₄排放核算的关键参数，也为识别高排放工艺、优化设施升级路径、推动甲烷回收利用和制定行业减排政策提供了科学依据。研究成果不仅对完善我国城市污水处理行业温室气体清单、推动污水处理领域减污降碳协同治理具有重要意义，同时也为其他国家开展相关研究和实践提供了示范。

南京大学大气科学学院博士研究生孙楚为论文第一作者，陈辉林教授为通讯作者，该研究的合作单位包括法国环境与气候科学实验室（LSCE）和清华大学，得到了国家重点研发计划（2022YFE0209100）、国家自然科学基金（U24A20590、42475115）、南京大学关键地球物质循环前沿科学中心等资助。

论文引用：

Chu Sun, Yihao Liu, Philippe Ciais, Gregoire Broquet, Bo Zheng, Haikun Wang, Huilin Chen*: Measurement-based assessment reveals key drivers and mitigation potential of methane emissions from China's wastewater treatment, Science Advances , 12 (15), eaec0536, doi:10.1126/sciadv.aec0536, 2026

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec0536