中巴中心科研团队在Nature Water发文揭示集中式污水处理缓解水资源短缺的效率边界
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时间: 2026-10-21
水资源短缺是制约区域可持续发展的重要资源环境问题。污水再生利用可替代部分常规淡水资源，是缓解水资源短缺的重要途径。近年来我国污水处理能力和再生水利用规模持续提升，但扩大集中式污水处理能力并不必然带来再生水在缺水地区的有效利用，污水产生与收集规模、处理能力、再生水需求与水资源短缺程度之间的空间匹配，是决定污水处理效益的关键。
针对这一科学问题，中巴中心沈镭研究员团队（中国科学院地理科学与资源研究所）构建了涵盖全国 10,826 座污水处理厂的基础设施数据库，耦合污水产生、收集管网、再生水需求、水资源短缺、基础设施成本及未来社会经济情景（SSP）等多源数据，系统评估了我国集中式污水处理系统缓解水资源短缺的潜力及其经济可行性。
研究揭示两大关键现实约束：其一，我国污水供给、处理能力、水资源短缺与经济可行的再生水需求之间存在显著的空间错配。当前经济与费用条件下，全国约 4.5 亿人生活的地区能够兼顾再生水成本回收、技术可行与缓解缺水等多重目标，再生水利用潜力高度依赖污水供给、利用需求与水资源短缺的空间协同匹配。其二，集中式污水处理存在规模经济门槛。按现行污水处理收费水平，污水处理厂需达到约 6,800-49,700 m³/d 处理规模方能收支平衡，而大量未获集中服务区域普遍存在污水产出量小、居住分散的特点，强行建设大型集中式设施既需铺设长距离收集管网，也难以满足盈亏平衡条件。
据此，研究提出应根据未来人口、产业与污水产生量的集聚程度，合理配置集中式与分散式处理设施。测算表明，在同等实现全国污水处理与再生利用目标前提下，"集中 + 分散" 混合模式较纯集中式扩张路径可降低 25–37% 基建投资，成本节约主要来自规避人口稀疏区域长距离管网建设和减少不具备规模效益的小型集中式污水厂。
研究显示，未来污水基础设施规划应从单纯追求处理能力提升与设施覆盖率，转向以需求为导向、兼顾设施规模与空间匹配的系统优化，为国家污水资源化政策落地、城镇与县域村镇污水处理布局及快速城镇化地区水资源安全保障提供重要科学支撑。
该成果以“China's Centralized Wastewater Treatment System Reaches Efficiency Limits in Tackling Water Scarcity”为题发表于Nature Water，沈际杰、沈镭为共同第一作者，钟帅、李德龙为共同通讯作者，河海大学水文水资源学院、长江水利委员会水文局等单位参与研究。研究得到中巴中心平台项目经费支持，以及国家自然科学基金、国家重点研发计划和西藏自治区科技计划等项目资助。
图1 中国集中式污水处理系统在污水收集、处理能力和再生水利用方面面临的基础设施与需求约束。(a) 污水处理厂设计能力与实际污水处理需求之间的空间错配；(b) 污水收集管网密度与污水收集率之间的非线性关系；(c) 不同SSP情景下成熟污水收集管网覆盖的人口规模；(d) 再生水利用缓解水资源短缺效益的空间稳定性；(e) 在不同再生水利用需求下，污水处理系统实现成本回收的可能性；(f) 未来缺水地区的污水再生利用潜力。
图2 不同处理规模下集中式污水处理系统的成本约束与经济可行性。(a) 不同污水处理规模下的单位成本区间及经济可行性边界；(b) 不同因素对单位成本估算结果的影响；(c) 不同污水处理收费标准下，经济可行处理规模的变化；(d) 集中式污水处理系统各组成部分对固定资产投资的影响程度；(e) 城镇、农村现有服务区与尚未覆盖地区在污水产生量和接入管网密度上的差异；(f) 现有服务区和尚未覆盖地区中，低于经济可行规模的污水处理厂数量及其设计处理能力。
（图片来源：沈镭研究团队）
论文信息：
Shen, J., Shen, L., Zhong, S., Li, D., Li, D., Fang, J. & Bai, H. China’s Centralized Wastewater Treatment System Reaches Efficiency Limits in Tackling Water Scarcity. Nature Water (2026).
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