A3：科技智慧
星球健康与水
探讨水与气候的关系是一个宏大且复杂的议题。那不妨更大一点，从星球健康的视角来切入。
若将地球行星体系类比为人体进行体检，一般会涉及九大关键指标。很不幸，目前已有六大指标突破了安全边界——臭氧层、气溶胶、海洋酸化仍处于健康可控范围内，其余指标均已难以控制。
其中以下四个突破边界的指标更需着重关注。
一是气候变化。工业革命前，二氧化碳浓度大约为280毫克/升，而如今已攀升至约420毫克/升，突破了350毫克/升的限值。在《巴黎协定》中，我们的目标是将全球平均气温升幅控制在较工业革命前高出1.5摄氏度以内，但截至2024年，气温已上升了1.28摄氏度，形势十分危急。
二是生物圈崩溃。生物多样性正以超出自然速率100倍的速度消失，同时遗传多样性丧失了80%。由于大量森林和湿地的丧失，生态系统服务也在退化，原本具备的汇碳、聚碳、吸碳能力也在逐渐丧失。
三是氮磷循环失衡。过度使用化肥导致氮、磷等元素流入环境的量超过了安全界限的3倍。在水行业，我们熟知的水体富营养化现象，在海洋中表现为海洋死区或热点区，这些都与氮、磷的过量输入密切相关，对生态环境造成了极为严重的影响。
四是新兴污染。之所以称之为“新兴”，是因为我们对其也知之甚少。当前已注册的合成化学物质超1亿种，且每年还有数千种新化合物不断涌现，仅少数经过安全评估和健康评估，我们对这些物质的认知几乎处于“黑箱”状态。
当我们审视气候变化、生物多样性丧失、氮磷失衡以及新兴污染物这四个地球边界问题时，可以发现，水在其中扮演着关键角色，与每一个问题都有着紧密且复杂的联系。
水，既是气候变化的结果，也是气候变化的原因
水对气候变化具有至关重要的作用。新加坡现任总统尚达曼于2025年年初在达沃斯世界经济论坛上的表述非常准确，他指出：“水既是气候变化的结果，也是气候变化的原因。它代表着我们在应对气候变化过程中触手可及的‘低垂之果’。”这应当可以视为学术界与政界的共识，水可谓是触手可及的减碳红利。我们应当立足于水，积极采取行动适应和应对气候变化，且我们有很多事情可以做。
水是介入气候变化的关键要素。若不妥善治理水，应对气候变化将无从谈起。
在全球十大碳排放行业类别中，水行业位居第七位，高于航运业和航空业；全球13%的甲烷排放源自退化水体；气候变化引发的诸多灾害，如洪涝、干旱等，大多以水的形式呈现，气候变化对人类产生的影响中约90%与水密切相关；一旦水系统崩溃，那么我们为减排所付出的所有努力，包括能源降耗、发展新能源等降低碳排放的举措，其成果将因此被抵消53%；当前，我们投入了大量资金应对灾害。然而，如果我们每在洪水预警中多投入1美元，便能节约9美元的应对灾害成本。
水对于气候的影响，已经在全球范围内越来越多地呈现了出来：全球每升温1摄氏度，干旱区域面积将扩大10%～15%，这将影响到数千万甚至数亿人口；湿地干涸，导致每年损失1.2亿吨CO2吸收能力；到2050年，由水危机引发的额外碳排放将使全球温控1.5℃，目标实现成本增加23%。
气候变化对于水的影响，也日趋显著：南非城市供水75%依赖地表水库，气候变暖使蒸发量提升18%。为此，南非引入气候弹性水价概念，根据干旱程度动态调整水价，借此措施，开普敦市将人均用水量降低了50%。气候变化还对水质产生影响。以加拿大为例，1999年—2015年，因为气候变化升温，导致自然水体中的溶解有机物浓度增加，导致在自来水厂混凝剂的用量增加了4-5倍。除了混凝剂用量的增加外，水体中溶解性有机物的增加也同时增加了消除副产物的生成风险。
此外，气候变化的显著表现形式是极端事件发生的频率增加。从2003年至2004年极端事件的变化强度来看，21世纪初，干旱或洪涝等极端事件每月造成的影响强度约为1000-2000立方千米，到2024年，这一影响强度已升至4000立方千米/月。
宏观视角：社会应当如何对待水行业？
水安全保障未来需要巨量投资
若按照现有模式持续发展，预计到2040年，全球温度升幅将突破2摄氏度，届时极端事件的强度将由当前的每月4000立方千米增长至8000立方千米。但包括中国在内的许多地区，其水务基础设施大多于2015年之前建成，这些基础设施仅能应对每月1500立方千米强度的干旱或洪涝变化的状况。因此，为了保障水安全，到2040年，全球的水务基础设施投资需增长6倍，从2025年当前的每年3.5万亿美元提升至接近20万亿美元的投资强度。
合理水价：构建气候适应性社会
大规模的投资必然需要回报，因此，我们需要探讨水价的影响。水价是气候变化应对中的隐形杠杆，是撬动系统性气候行动的有效支点：“合理付费”推动“负责任使用”，构建气候适应型社会。
合理的水价机制应当平衡经济可持续性、环境效益与社会公平。在经济层面，应覆盖水资源管理成本，保障水利设施投资；在环境层面，通过价格信号减少浪费，降低供水系统碳足迹；在社会层面，以阶梯定价保障基础需求，并确保超额用水承担环境成本。据此，达到节水节能、生态保护、结构调整、气候适应的贡献。
水价的定价模式包括固定价格、阶梯定价、累进定价（附加环境成本）三类。根据测算，固定定价对气候变化的贡献相对有限；阶梯定价对水行业的减碳贡献可达到15%；如果进一步采用更激进的累积型定价，将环境成本纳入其中，则减碳效果可提升至25%。可见经济杠杆对于减排的影响之大。
基于自然的解决方案（NbS）
水务行业已经投资了大量传统的灰色基础设施。未来我们应将更多的关注点放在基于自然的解决方案（NbS）或绿色基础设施上。NbS具有湿地恢复、增加物种多样性、甲烷抑制、自然制冷、高效益比等诸多优势，例如通过对物种多样性的影响，每增加1个湿地植物物种，固碳速率将提升8%；世界银行统计，基于自然的基础设施可以将气候恢复成本降低40%。对此，联合国环境规划署（UNEP）曾提出“资金优先”的提议，希望全球气候融资中自然基础设施的融资比例能够从当前的3%提高到2030年的15%，这将是水务行业应对气候变化的重要着力点。
微观视角：水务行业如何减碳？
水务行业碳排结构
根据IPCC的三个清算范畴：一是温室气体的直接排放，主要涉及甲烷和氮氧化物；二是能源相关的间接排放；三是产业链中药剂、材料等相关的间接排放。
对于范畴二，即能源相关的间接排放，情况相对更为清晰。据美国能源署统计，当前水行业电耗占全球总量的4%，随着海水淡化等新技术的应用，这一比例可能上升。目前来看，欧美诸多污水处理厂的能源间接排放的优化措施已基本实施完毕，重点转向直接碳排放，即范畴一。
对于范畴一，根据USEPA的统计结果，2015年数据显示，污水系统占美国非二氧化碳温室气体排放总量的5%；2019年数据则进一步分析了这一比例的构成——N2O和氮氧化物是重要的非二温室气体，其中N2O占全美总碳排放的7%，而污水系统是第二大N2O排放来源。瑞士污水处理厂的统计数据显示，N2O是其减排的关键领域，占比高达50%；甲烷则占比11%。丹麦污水处理厂2021年的统计结果显示，N2O在碳排中占48%。总体而言，欧美污水处理厂的减排重点集中在N2O。
如何降低N2O排放？
美国咨询公司Jacobs梳理了包括控制DO浓度、避免N2O积累、保持碳源充足等减排策略。
在实际操作中，以瑞士为例，可以总结三个显著降低一氧化二氮的措施——动态控制、尾气处理，以及工艺替代。
动态控制：通过精确、动态的工艺控制，以及DO传感器的应用，可将一氧化二氮的排放指数从0.6%降至0.3%。瑞士某污水厂的对比试验显示，利用动态控制方法，一氧化二氮减排效果明显（中间一个月时间是没有采取自动控制措施的排放情况）。
尾气处理：对于难以避免的N2O排放，可以尝试将其收集起来进行处理。如瑞士某污水处理厂，采用蓄热氧化方法收集尾气，通过催化氧化和燃烧方法降低80%～90%的一氧化二氮排放，能耗约占厌氧生物沼气能耗的15%，成本较高。
工艺替代：在日内瓦的某污水处理厂案例中，通过厌氧消化液处理工艺的改进，将传统硝化-反硝化工艺改为亚硝化+厌氧氨氧化工艺，使得N2O排放因子从42%降至5%。
最后，可以将报告总结为一句话：水是触手可及的减碳红利。
（来源：未来新水务）