《Science Advances》文章：污水碱化的全球近海增汇效率研究

海水碱化（Ocean Alkalinity Enhancement, OAE）是极具潜力的海洋负排放策略，其科学原理是：通过增加海水碱度，降低海水二氧化碳分压（PCO_₂），驱动大气CO_₂向海洋转移，实现长期碳封存。

当前，OAE呈现多元化的实施路径，包括海滩碱化、大洋碱化、装备碱化和电化学碱化等。最近，科学家创新性的提出了基于污水处理厂的新型碱化负排放路径（简称“污水碱化OAE”），将OAE赋能污水处理产业，开拓了利用现有污水处理基础设施作为碱度提升的应用新场景。

理论上，污水处理形成的低PH值、高CO₂分压和富含有机酸的水体，能够促进碱性矿物的溶解，并抑制碳酸盐的二次沉淀。同时，污水碱化OAE不仅能够降低产业成本，还能缓解污水排放导致的近海酸化等环境问题，综合生态效益突出。

然而，作为创新的海洋负排放方案，“污水碱化OAE”能否在现有环境法规许可的前提下实施，是各方关注的焦点。其中，碱化效率和增汇潜力，是亟需回答的关键科学问题。

2025年5月2日发表于Science Advances的一项新研究，利用典型碱性矿物（橄榄石），聚焦污水好氧处理的关键CO₂生成工段，模拟橄榄石投加碱化，系统研究了污水尾水的总碱度（TA）、溶解无机碳（DIC）、pH和溶解无机磷（DIP）等关键参数，同步探索了橄榄石溶解动力学过程，评估了不同介质对海水碱化速率的影响。结果显示：污水好氧生物处理提升橄榄石溶解效率高达9倍，且污水碱化速率是海水的20.5倍，出水碱度提升超过10 mmol kg⁻¹（海水碱度的4~5倍）。

本研究证实了“污水碱化OAE”能够显著加速碱性矿物溶解，效率优势突出。值得注意的是，尽管水体碱度大幅提升，但由于好氧处理过程中源源不断的CO₂生成，出水pH值依然能够有效控制在8.5以下，这对于维持碳汇的稳定性和满足排放标准至关重要。

同时，水质研究显示：污水碱度增强，显著降低了磷酸盐浓度，表明碱化在污染物协同去除方面的潜在价值。

基于此，论文研究了全球9480座近岸污水处理厂（距海岸10km以内），综合考虑高碱度污水排海后碳汇维持的上限约束，核算了现有污水行业开展碱化OAE的增汇潜力。结果表明：通过污水碱化OAE，在遵守全球各国家/地区环境法规的前提下，仅沿海污水处理厂每年有望实现约1800万吨的碳汇。

其中，欧盟、美国和中国潜力最大，占全球的55.8%。进一步分析表明，此方案的碱度上限在空间上具有显著的纬度差异：高纬度地区水温低，有助于抑制碳酸钙沉淀（维持较低的文石饱和度），其允许的碱度增量可达10218μmolkg^-1，而低纬度地区则降低至6445μmolkg^-1。尽管提升碱度的上限存在空间差异，但全球沿海污水处理厂主要集中在20°N至60°N的中纬度地区，能够贡献约79.3%的增汇潜力。因此，该区域有望成为实施污水碱化OAE增汇最具潜力的黄金地带。

综上所述，本研究验证了“污水碱化OAE”在加速碱性矿物溶解和提升增汇效率的显著优势，基于当前法规评估了全球沿海污水处理厂的增汇潜力，为海水碱化未来气候产业提供了科学支撑。

来源：Science Advances