可持续视野SH：哈工大任南琪院士团队综述：世界范围内污水处理厂的碳中和研究进展

近期，哈尔滨工业大学任南琪院士团队在 Sustainable Horizons 发表综述文章，揭示了世界范围内污水处理厂的碳中和研究进展。

随着温室效应不断积累和地球气候系统的深刻变化，130多个国家和地区相继确立了碳中和目标，极大促进了全球实施碳减排的力度。污水处理厂是全球碳排放的重要来源，其主要通过碳和氮物质的降解转化的直接途径和消耗大量电力和化学药剂的间接途径排放CH₄、N₂O和CO₂气体。为实现可持续发展，污水处理厂也逐步开始推动碳中和运行。近年来，污水处理厂的碳中和相关研究引起了政府、水处理行业和学术界的高度关注，并取得了一定的进展，因此有必要对该领域总体研究情况进行系统、全面的总结。

如图1，污水处理厂碳中和的相关研究进展可分为三个阶段：起步阶段（2001–2010年）、缓慢增长阶段（2011–2014年）和显著上升阶段（2015–2021年）。

结果显示，世界各地的研究人员已经对这两个主题之间的关系给予了极大的关注。此外，中国为实现“双碳”目标，正采取更加有力的政策和措施，对总体研究出版物贡献最多。其次是美国和一些欧洲国家，这些国家间合作较为密切。

如图2（A），簇#1（N₂O的减排策略）是目前污水厂碳中和领域的新兴研究趋势。簇#2（包含温室气体排放）的发展最早出现，表明早期相关研究考虑了污水处理厂运行期间排放的强温室气体。此外，探索性数据、自给自足的废水处理厂、能源效率、好氧污水处理和混合模糊方法是当前的研究热点，其中自给自足的废水处理厂的研究显示出持续的活力（2005–2020年）。

同时，如图2（B），过去对污水处理厂碳中和的研究主要集中在环境毒理学和动物学领域。但如今已经扩展到生态学和海洋学领域。随着对污水处理厂碳中和的深入研究，其他学科也将参与其中，整体的研究跨度更为广泛深入。

如图3，共现关键词是识别某些研究领域过去和当前热点的有价值的指标。通过跟踪研究热点的变化，可以掌握污水处理厂中碳中和领域的研究发展趋势。正如图3（B）所示，污水处理厂碳中和相关的研究热点一直在演变，相关研究随着时间的推移不断扩大和深化。此外，随着环境问题的频繁发生和能源危机的出现，“碳足迹”、“循环经济”、“能源足迹”、“全球变暖” 等暗节点虽然没有从规模上脱颖而出，但它们代表了近期研究领域的热点话题。同时，对关键词进行的突发检测是跟踪热点话题和研究趋势的变化的一个重要方法。如图3（D）所示，各种突发性的关键词表明了各个时期的研究特点，“回收”和“生物气体”已成为该研究领域的新研究热点，和图3（E）的分析结果一致。

基于科学计量学分析方法，本研究回顾并总结了污水厂碳中和领域的研究趋势，并指出，“回收”和“生物气体”在该领域的关注度不断提高，已成为了新的研究热点。

在碳中和的框架背景下，废水碳排放的技术管理将为新的可持续污水处理厂概念打开大门。废水处理与碳捕获技术相结合可以减少二氧化碳排放并有助于环境保护，例如生物电化学技术和污泥中的碳封存。此外，污水工艺单元运行过程的电力消耗会间接显著增加温室气体排放，因此发展绿色、低碳、循环系统是污水处理厂在节能方面实现碳中和的关键战略。

作者简介：

Shan-Shan Yang（杨珊珊）, 哈尔滨工业大学环境学院，副教授/博士生导师，2015年获哈尔滨工业大学工学博士学位，师从于任南琪院士；2015年11月-2017年11月，在斯坦福大学从事博士后研究工作，师从于Craig. S Criddle教授、吴唯民教授。

长期从事水污染控制理论与技术研究及智能化应用研究、在典型行业废水处理及难降解污染物定向转化反应机理和创新技术研究。主持国家自然科学基金项目（青年、面上）、中国博士后科学基金项目（特别资助、面上资助）、哈工大青年拔尖人才计划科研项目等10余项；公开发表SCI收录论文60余篇，其中以第一/通讯作者发表SCI论文36篇，其中5篇入选ESI全球高被引论文，3篇入选ESI全球热点论文，论文总引用2000余次，H-index为26；获得已授权国际发明专利6项，国家发明专利5项，软件著作权5项；出版中文专著1部（主编，科学出版社），出版英文专著1篇（第一/通讯作者，Springer出版），参编《环境化学前沿（第三辑）》（科学出版社）；获得黑龙江省科学技术奖自然科学类二等奖（2017），黑龙江省博士后科研启动资助金一等资助；现担任国际期刊Environ. Sci. Ecotechnol.（IF=9.371/Q1）、《给水排水》、《中国给水排水》等多个期刊青年编委；城市水资源与水环境国家重点实验室成员，环境生物技术黑龙江省重点实验室成员；受聘国际期刊Front. Microbiol.（IF=6.064/Q1）和Materials（IF= 3.748/Q1）客座编辑；受聘中节能天融科技有限公司“城市水系统智能化建设工作”青年专家顾问；中国科协战略发展部2022年度“科技智库青年人才计划” 入选者。

Ji-Wei Pang（庞继伟）, 哈尔滨工业大学电气工程专业博士，2020年5月哈工大环境学院博士后，现任职于中国节能环保集团有限公司全资子公司，中节能天融科技有限公司，职务为AI算法部总监。

累计发表学术论文17余篇，其中SCI论文8篇，累计申请国内发明专利7项，国际专利2项目，累计形成业务模型200余项，涵盖公司“水、气、土、双碳、园区、设备、固危废”等全版块，服务公司现有智慧环境领域项目10余项，项目总额超过6亿，并作为项目负责人主持中国节能环保集团有限公司重大课题1项。长期从事环境领域的智能化和大数据研究，研究领域包括污水厂运行智能化、水环境大数据挖掘、海绵城市建设的大数据分析、城市水系统智慧决策辅助体系以及大气污染物溯源、预测等数据建模。