具有成本效益的策略可在2035年前减少中国污水处理的用水和能源需求

这对水和电意味着什么

现代城市依赖大型处理厂在废水回入河流、湖泊和海岸之前进行净化。然而，这一基本服务在不显山露水的情况下消耗大量水和电。在像中国这样幅员辽阔且增长迅速的国家，即便在厂址设计和运行方式上做出小幅改进，也可能带来巨大的节约。本文提出了一个既简单又紧迫的问题：中国能否在处理更多污水、满足更严格污染标准的同时，减少用水和能源——且不让成本失控？

从始至终追踪水与电

研究者汇总了来自90个真实处理项目和中国1万多个城市污水处理厂的详细信息。他们追踪了厂址全寿命期的水和能耗——从浇筑混凝土和安装设备，到日常运行，再到最终拆除。这样的“从摇篮到大门”的视角不仅显示泵和曝气设备的用电量，还包括建厂所需的用水以及化学品和材料中隐含的能量。所有结果均以每立方米处理污水的量来表示，以便在相同基础上比较不同技术和地区。

哪些处理方法更省资源

中国采用若干生物处理方法，这些方法在池体布置和向分解污染物的微生物供氧方式上有所不同。团队发现这些方法的“足迹”存在显著差异。平均来看，生物滤池系统在每单位污水的用水和能耗上最低，而一种称为连续活性污泥处理的灵活技术则在用量和厂间差异上最高。去除更多氮和磷的先进工艺通常比简单工艺使用更多资源，但某些新设计（如Linpor系统）显示出令人鼓舞的低水耗和低能耗。总体而言，大部分用水发生在建设阶段，而大部分能耗发生在运行阶段，主要用于曝气和搅拌。

跨越辽阔国土的区域格局

通过将工艺足迹与各城市实际采用的技术组合关联，作者绘制出资源使用在中国各地的差异图谱。中部和东部省份平均足迹最高，反映出这些地区对高能耗工艺和大规模处理量的依赖。相比之下，东北地区每立方米的水和能耗则略低。依赖地下水和水资源稀缺的地区往往显示出较低的足迹，这可能是因为日益上升的抽水成本和严格政策促使公用事业采取更高效的设计。水资源充足且家庭污水更稀释的地区反而在每单位去除污染物上需要更多能量。社会因素也很重要：在管网之外更好管理人类粪便的地方，需要的强化处理较少，而对高端再利用厂的投资通常会提高电力消耗，即便总体用水变化不大。

为2035年测试不同情景

随着处理覆盖率扩大和污染标准收紧，自2009年以来中国的污水负荷和总体资源使用激增，到2022年总水和能源足迹大致翻了三倍。为探讨未来可能的变化，作者构建了在不同目标下重新组合处理技术的情景：降低成本、最大化污染去除、缩小水和能量足迹或在两者之间取得平衡。然后根据人口趋势将厂网容量投射到2035年。在最激进的优化情景中，各省用更符合当地条件的高效工艺替代效率较低的工艺。该方案使全国水足迹约减少16%，能源足迹约减少26%，同时保持氮去除稳定并略微改善磷去除。所需的额外支出低于总处理成本的8%，在某些地区，优化选择甚至降低了运营成本。

对日常生活的意义

对非专业读者而言，结论很清楚：可以在彻底净化污水、保护河流的同时，显著节约用水和用电。到2035年，中国的处理厂每年预计将消耗数百亿千克的水和数百亿千瓦时的电力。本文提出的策略可将这类需求削减约四分之一，同时保持出水水质高水平。由于该分析将技术选择与实际成本和区域条件联系起来，它为城市规划者和公用事业提供了切实可行的路线图——不仅适用于中国，也适用于其他面临快速增长和水气候约束的国家，以更清洁、更经济、更可持续的方式升级污水系统。

引用: 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

关键词: 污水处理, 水足迹, 能源使用, 中国基础设施, 可持续公用事业