Экономичные стратегии могут сократить потребности в воде и энергии на очистке сточных вод в Китае к 2035 году

Почему это важно для воды и электроэнергии

Современные города зависят от крупных очистных сооружений, которые очищают сточные воды перед их возвращением в реки, озёра и моря. При этом эта жизненно важная услуга тихо потребляет огромные объёмы воды и электроэнергии. В такой большой и быстро развивающейся стране, как Китай, даже небольшие улучшения в проектировании и эксплуатации станций могут привести к масштабной экономии. В этом исследовании поставлен простой, но срочный вопрос: может ли Китай обрабатывать больше сточных вод, соответствовать более жёстким стандартам по загрязнению и при этом сократить потребление воды и энергии — не тратя при этом баснословных средств?

Отслеживая воду и энергию от начала до конца

Исследователи собрали подробные данные по 90 реальным проектам очистки и более чем 10 000 городских очистных сооружений по всему Китаю. Они проследили потребление воды и энергии за весь срок службы сооружения — от заливки бетона и установки оборудования, через ежедневную эксплуатацию до окончательного демонтажа. Такой подход «от колыбели до врат» показывает не только, сколько электричества потребляют насосы и аэраторы, но и сколько воды требуется для строительства объектов и сколько скрытой энергии заложено в химикатах и материалах. Все результаты были выражены на кубический метр обработанных сточных вод, что позволило сравнивать разные технологии и регионы на равной основе.

Какие методы очистки расходуют меньше

Китай использует несколько биологических методов очистки, которые различаются расположением резервуаров и способом снабжения кислородом микроорганизмов, разрушающих загрязнения. Команда обнаружила большие различия в «отпечатках» этих методов. В среднем биофильтровые системы имели наименьшее потребление воды и энергии на единицу сточной воды, тогда как гибкая технология, известная как непрерывная активированная иловая установка, показала наибольшее и самое широкое разбросание значений между станциями. Продвинутые процессы, удаляющие больше азота и фосфора, как правило, требовали больше ресурсов, чем более простые, но некоторые новые конструкции, например система Linpor, показали многообещающе низкие потребности в воде и электроэнергии. По всем методам большая часть водопотребления приходилась на строительство, тогда как основное энергопотребление приходилось на эксплуатацию, главным образом на аэрацию и перемешивание.

Региональные закономерности в огромной стране

Связывая технологические «отпечатки» с фактическим набором методов, используемых в каждом городе, авторы картировали, как варьируется потребление ресурсов по Китаю. Центральные и восточные провинции показали наивысшие средние показатели, что отражает их сильную зависимость от энергоёмких процессов и большие объемы очистки. В противоположность им северо-восточные провинции, как правило, потребляли несколько меньше воды и энергии на кубометр. Регионы, зависящие от грунтовых вод и испытывающие дефицит воды, часто демонстрировали более низкие «отпечатки», вероятно, потому, что растущие затраты на подачу и строгие политики стимулируют коммунальные службы к более эффективным схемам. Территории с обильными водными ресурсами, где бытовые сточные воды более разбавлены, парадоксально требовали больше энергии на единицу удалённого загрязнения. Социальные факторы тоже имели значение: в местах с лучшим управлением человеческими отходами вне централизованных сетей требовалось менее интенсивное очищение, тогда как инвестиции в высококлассные установки повторного использования часто повышали энергопотребление, даже если общее водопотребление значительно не менялось.

Тестирование различных сценариев к 2035 году

С момента 2009 года нагрузка на системы очистки и общее потребление ресурсов в Китае резко выросли по мере расширения охвата очистки и ужесточения стандартов, при этом суммарные водный и энергетический «отпечатки» примерно утроились к 2022 году. Чтобы изучить, как это может измениться, авторы создали сценарии, переупорядочивающие наборы технологий при разных целях: сокращение затрат, максимальное удаление загрязнений, уменьшение водного и энергетического «отпечатка» или их балансировка. Затем они спроецировали мощность сооружений на 2035 год с учётом демографических тенденций. В самом амбициозном сценарии оптимизации провинции заменяют менее эффективные процессы на более подходящие варианты с учётом местных условий. Этот пакет снижает национальный водный «отпечаток» примерно на 16 процентов и энергетический — примерно на 26 процентов по сравнению с продолжением текущих тенденций, при этом сохранении стабильного удаления азота и небольшом улучшении удаления фосфора. Необходимые дополнительные расходы остаются ниже 8 процентов от общих затрат на очистку, а в некоторых регионах более продуманные решения даже уменьшают эксплуатационные расходы.

Что это значит для повседневной жизни

Для неспециалистов вывод прост: возможно тщательно очищать сточные воды, защищать реки и при этом значительно экономить воду и электроэнергию. К 2035 году ожидается, что очистные сооружения Китая будут ежегодно использовать десятки миллиардов килограммов воды и десятки миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Стратегии, описанные в этом исследовании, могли бы сократить примерно четверть этого потребления, сохранив высокое качество очищенной воды. Поскольку анализ связывает выбор технологий с реальными затратами и региональными условиями, он предлагает практическую дорожную карту для городских планировщиков и коммунальных служб — не только в Китае, но и в других странах, сталкивающихся с быстрым ростом и жёсткими водными и климатическими ограничениями — по модернизации своих систем очистки сточных вод более чистыми, дешевыми и долгосрочно устойчивыми способами.

Цитирование: 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

Ключевые слова: очистка сточных вод, водный след, энергопотребление, инфраструктура Китая, устойчивые коммунальные службы