استراتيجيات فعّالة من حيث التكلفة يمكن أن تقلل من احتياجات المياه والطاقة في معالجة مياه الصرف في الصين بحلول 2035

لماذا يهم هذا للمياه والطاقة

تعتمد المدن الحديثة على محطات معالجة واسعة لتنظيف مياه الصرف قبل أن تعود إلى الأنهار والبحيرات والسواحل. ومع ذلك، فإن هذه الخدمة الأساسية تستهلك صامتة كميات هائلة من المياه والكهرباء. في بلد كبير وسريع النمو مثل الصين، يمكن لتحسينات حتى صغيرة في تصميم وتشغيل المحطات أن تتحول إلى وفورات هائلة. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً لكنه عاجل: هل يمكن للصين معالجة مزيد من مياه الصرف، والالتزام بقواعد تلوث أشد صرامة، وفي الوقت نفسه تقليل المياه والطاقة التي تستخدمها — دون إنفاق مبالغ طائلة؟

تتبع المياه والطاقة من البداية إلى النهاية

جمع الباحثون معلومات مفصلة من 90 مشروع معالجة حقيقي وأكثر من 10,000 محطة لمعالجة مياه الصرف الحضرية في جميع أنحاء الصين. تتبعوا استخدام المياه والطاقة على مدى العمر الكامل للمحطة — من صب الخرسانة وتركيب المعدات، مروراً بالتشغيل اليومي، وحتى الهدم النهائي. تُظهر هذه النظرة «من المهد إلى البوابة» ليس فقط كمية الكهرباء التي تستهلكها المضخات ومهوّيات الهواء، بل أيضاً كمية المياه المطلوبة لبناء المنشآت في المقام الأول وكمية الطاقة الخفية المضمنة في المواد والكيماويات. عُبرت جميع النتائج لكل متر مكعب من مياه الصرف المعالجة، مما سمح بمقارنة التقنيات والمناطق المختلفة على أساس متكافئ.

أي طرق المعالجة تستهلك أقل

تعتمد الصين على عدة طرق معالجة بيولوجية تختلف في ترتيب الخزانات وكيفية تزويد الأكسجين للميكروبات التي تفكك الملوثات. وجد الفريق اختلافات كبيرة في «بصمات» هذه الطرق. في المتوسط، كانت أنظمة المرشحات البيولوجية هي الأدنى في استهلاك المياه والطاقة لكل وحدة من مياه الصرف، بينما كان لدى تقنية مرنة تعرف بالمعالجة المستمرة بالحمأة المنشطة أعلى استهلاك وأوسع تباين بين المحطات. عادة ما استخدمت العمليات المتقدمة التي تزيل المزيد من النيتروجين والفوسفور موارد أكثر من العمليات الأبسط، لكن بعض التصاميم الجديدة، مثل نظام لينبور، أظهرت طلبات منخفضة واعدة على المياه والطاقة. عبر جميع الأساليب، حدث معظم استخدام المياه أثناء البناء، بينما استُهلك معظم الطاقة أثناء التشغيل، خاصة للتهوية والخلط.

أنماط إقليمية عبر بلد شاسع

بربط بصمات العمليات بمزيج التقنيات المستخدم فعلياً في كل مدينة، رسم المؤلفون خريطة لكيفية تباين استخدام الموارد عبر الصين. كانت المحافظات الوسطى والشرقية ذات أعلى بصمات متوسطة، ما يعكس اعتمادها الكبير على عمليات كثيفة الطاقة وحجم المعالجة الكبير. بالمقابل، مال الشمال الشرقي إلى استخدام أقل قليلاً من الماء والطاقة لكل متر مكعب. أظهرت المناطق المعتمدة على المياه الجوفية وتلك ذات الموارد المائية النادرة بصمات أدنى غالباً، على الأرجح لأن ارتفاع تكاليف الضخ والسياسات الصارمة تدفع المرافق نحو تصميمات أكثر كفاءة. المناطق ذات الماء الوفير، حيث تكون مياه الصرف المنزلية أكثر تخفيفاً، كانت بحاجة بطرافة إلى طاقة أعلى لكل وحدة ملوِّث مزال. كما لعبت العوامل الاجتماعية دوراً: الأماكن التي تدير الفضلات البشرية خارج شبكة الصرف بشكل أفضل احتاجت معالجة أقل كثافة، بينما أدت الاستثمارات في محطات إعادة الاستخدام المتقدمة إلى زيادة استهلاك الكهرباء حتى عندما لم يتغير إجمالي استخدام المياه كثيراً.

اختبار سيناريوهات مختلفة لعام 2035

زادت أحمال مياه الصرف واستخدام الموارد الكلية في الصين منذ 2009 مع توسع التغطية العلاجية وتشديد معايير التلوث، مع تضاعف بصمات المياه والطاقة تقريباً ثلاث مرات بحلول 2022. لاستكشاف كيف قد يتغير ذلك، بنى المؤلفون سيناريوهات تعيد ترتيب تقنيات المعالجة تحت أهداف مختلفة: خفض التكاليف، تعظيم إزالة التلوث، تقليص بصمات المياه والطاقة، أو الموازنة بينها. ثم توقعوا قدرة المحطات حتى 2035 استناداً إلى اتجاهات السكان. في أكثر سيناريوهات التحسين طموحاً، تستبدل المحافظات العمليات الأقل كفاءة بخيارات أداء أفضل مصممة حسب الظروف المحلية. تقلص هذه الحزمة البصمة المائية الوطنية بحوالي 16 بالمئة والبصمة الطاقية بحوالي 26 بالمئة مقارنة باستمرار الاتجاهات الحالية، مع الحفاظ على إزالة النيتروجين مستقرة وتحسين طفيف في إزالة الفوسفور. تبقى الزيادة المطلوبة في الإنفاق أقل من 8 بالمئة من إجمالي تكاليف المعالجة، وفي بعض المناطق تقلل الخيارات الأكثر ذكاءً حتى تكاليف التشغيل.

ماذا يعني هذا للحياة اليومية

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة واضحة: من الممكن تنظيف مياه الصرف بدقة، وحماية الأنهار، وفي الوقت نفسه توفير كميات كبيرة من المياه والكهرباء. بحلول 2035، من المتوقع أن تستخدم محطات المعالجة في الصين عشرات المليارات من كيلوجرامات الماء وعشرات المليارات من كيلوواط-ساعات الكهرباء سنوياً. يمكن للاستراتيجيات الموضحة في هذه الدراسة أن تقلص نحو ربع ذلك الطلب مع الحفاظ على جودة المياه المعالجة عالية. ولأن التحليل يربط خيارات التكنولوجيا بالتكاليف والظروف الإقليمية الحقيقية، فإنه يقدم خارطة طريق عملية لمخططي المدن والمرافق — ليس فقط في الصين بل في دول أخرى تواجه نمواً سريعاً وقيوداً صارمة على المياه والمناخ — لترقية أنظمة مياه الصرف بطرق أنظف وأرخص وأكثر استدامة على المدى الطويل.

الاستشهاد: Han, S., Jones, E.R., Yin, T. et al. Cost-effective strategies can reduce water and energy requirements in China’s wastewater treatment by 2035. Nat Commun 17, 3390 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70159-y

الكلمات المفتاحية: معالجة مياه الصرف, بصمة المياه, استخدام الطاقة, بنية تحتية في الصين, المرافق المستدامة