Desacoplamiento de aguas residuales

Naturaleza Agua (2023)Citar este artículo

199 Accesos

3 Altmetric

Detalles de métricas

La infraestructura de tratamiento y reutilización de aguas residuales urbanas juega un papel vital para lograr la sostenibilidad del agua; sin embargo, los caminos para lograr sinergias entre el agua y el clima en la planificación de dicha infraestructura no están claros. Aquí examinamos el nexo entre el estrés hídrico urbano y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) resultantes de la expansión de las infraestructuras de aguas residuales en más de 300 ciudades de China. Encontramos que, a pesar de un aumento total del 176 % en las emisiones de GEI del ciclo de vida, el tratamiento de aguas residuales a gran escala y la reutilización de agua recuperada casi han triplicado la cantidad promedio de estrés hídrico urbano aliviado entre 2006 y 2015. Sin embargo, con un amplio e integrado la aplicación de tecnologías bajas en carbono existentes para el tratamiento de aguas residuales, la eliminación de lodos y la reutilización del agua, es posible desvincular sustancialmente aún más la mitigación del estrés hídrico de las emisiones de GEI para 2030. En el escenario optimizado, China puede reducir las emisiones relacionadas con las aguas residuales en un 27 % en el a nivel nacional, mientras que sus ciudades del este y del norte podrían reducir las emisiones en más del 40% por cada unidad de estrés hídrico aliviado. Este estudio proporciona información sobre el nexo entre el agua y el clima y describe vías viables para reducir el estrés hídrico y, al mismo tiempo, mitigar las emisiones de GEI relacionadas con las aguas residuales.

Esta es una vista previa del contenido de suscripción, acceda a través de su institución

Suscríbete a este diario

Reciba 12 números digitales y acceso en línea a artículos

$79.00 por año

solo $ 6.58 por número

Alquila o compra este artículo

Obtenga solo este artículo durante el tiempo que lo necesite

$39.95

Los precios pueden estar sujetos a impuestos locales que se calculan durante el pago

Las fuentes de datos utilizadas para realizar este estudio se proporcionan en Métodos e información complementaria. Cualquier dato adicional que respalde el modelo de este estudio está disponible a los autores correspondientes previa solicitud.

El código de programación para el modelo de ciclo de vida híbrido está disponible a pedido de los autores correspondientes.

Jeffrey, P. et al. Water Reuse Europe Review 2018 (Water Reuse Europe, 2018).

Larsen, TA, Hoffmann, S., Lüthi, C., Truffer, B. & Maurer, M. Soluciones emergentes a los desafíos del agua de un mundo urbanizado. Ciencia 352, 928–933 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Académico

ONU-Agua. Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos en el mundo 2020: Agua y cambio climático (Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura, 2020).

Zhang, Y., Huo, J. & Zheng, X. Aguas residuales: la próxima fuente de agua de China. Ciencia 374, 1332–1332 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Hejazi, MI et al. La mitigación de las emisiones de los Estados Unidos del siglo XXI podría aumentar el estrés hídrico más que el cambio climático que está mitigando. proc. Academia Nacional. ciencia EE. UU. 112, 10635–10640 (2015).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Parkinson, S. et al. Equilibrar las compensaciones entre agua limpia y mitigación del cambio climático. Reinar. Res. Letón. 14, 014009 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Stokes, JR, Hendrickson, TP y Horvath, A. Ahorre agua para ahorrar carbono y dinero: desarrollo de costos de reducción para carteras ampliadas de reducción de gases de efecto invernadero. Reinar. ciencia Tecnología 48, 13583–13591 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Segundo informe bienal de actualización sobre el cambio climático de la República Popular de China (Ministerio de Ecología y Medio Ambiente de la República Popular de China, 2019).

Lin, J., Khanna, N., Liu, X., Teng, F. y Wang, X. Emisiones de gases de efecto invernadero distintos del CO2 de China: trayectorias futuras y opciones y potencial de mitigación. ciencia Rep. 9, 16095 (2019).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Hendrickson, TP et al. Uso de energía del ciclo de vida y emisiones de gases de efecto invernadero de un sistema de reutilización no potable y tratamiento de aguas residuales a escala de edificio. Reinar. ciencia Tecnología 49, 10303–10311 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Zhang, Q., Nakatani, J., Wang, T., Chai, C. y Moriguchi, Y. Emisiones ocultas de gases de efecto invernadero para los servicios públicos de agua en las ciudades de China. J. Limpio. Pinchar. 162, 665–677 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Zawartka, P., Burchart-Korol, D. & Blaut, A. Modelo de evaluación de huella de carbono para el ciclo de vida del sistema de recolección, transporte y tratamiento de aguas residuales. ciencia Rep. 10, 5799 (2020).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lundin, M., Bengtsson, M. y Molander, S. Evaluación del ciclo de vida de los sistemas de aguas residuales: influencia de los límites y la escala del sistema en las cargas ambientales calculadas. Reinar. ciencia Tecnología 34, 180–186 (2000).

Artículo CAS Google Académico

Desarrollo Sostenible: Los 17 Objetivos (Departamento de Asuntos Económicos y Sociales, Naciones Unidas, 2015).

Stringer, LC et al. Impactos del cambio climático en la seguridad del agua en las tierras secas del mundo. Una Tierra 4, 851–864 (2021).

Artículo Google Académico

Oficina de Estadísticas del Estado. Anuario estadístico de China sobre el medio ambiente (China Statistics Press, 2016).

Google Académico

Bixio, D. et al. Recuperación y reutilización de aguas residuales en la Unión Europea e Israel: status quo y perspectivas futuras. En t. Rev. Medio Ambiente. Estrateg. 6, 251–268 (2006).

Google Académico

El estándar de descarga de contaminantes para plantas de tratamiento de aguas residuales municipales, GB18918-2002 (Ministerio de Ecología y Medio Ambiente de la República Popular de China, 2015).

El XIII Plan Nacional Quinquenal de Construcción de Instalaciones de Reciclaje y Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas (Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma de la República Popular China, 2017).

Zhang, Q. et al. Emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con la infraestructura de agua urbana: lo que hemos aprendido de la práctica de China. CABLES Agua 8, e1529 (2021).

Artículo Google Académico

Du, W. et al. Patrón espaciotemporal de las emisiones de gases de efecto invernadero en el sector de aguas residuales de China y caminos hacia la neutralidad de carbono. Nat. Agua 1, 166–175 (2023).

Artículo Google Académico

Hao, X., Batstone, D. & Guest, JS Carbono neutralidad: un objetivo final hacia plantas de tratamiento de aguas residuales sostenibles. Agua Res. 87, 413–415 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Wang, D. et al. Emisiones de gases de efecto invernadero de las instalaciones municipales de tratamiento de aguas residuales en China de 2006 a 2019. Sci. Datos 9, 317 (2022).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yang, M. et al. Emisiones de gases de efecto invernadero de las plantas de tratamiento de aguas residuales en China: emisiones históricas y potenciales de mitigación futuros. recurso Conservar reciclar 190, 106794 (2023).

Artículo CAS Google Académico

Lyu, S., Chen, W., Zhang, W., Fan, Y. y Jiao, W. Recuperación y reutilización de aguas residuales en China: oportunidades y desafíos. J. Medio Ambiente. ciencia 39, 86–96 (2016).

Artículo Google Académico

Liu, L. et al. La importancia de la configuración del sistema para la reutilización de agua potable directa distribuida. Nat. Sostener. 3, 548–555 (2020).

Artículo Google Académico

Eijo-Río, E. et al. Redes de alcantarillado municipal como fuentes de emisiones de óxido nitroso, metano y sulfuro de hidrógeno: una revisión y estudios de caso. J. Medio Ambiente. química Ing. 3, 2084–2094 (2015).

Artículo Google Académico

Risch, E., Gutierrez, O., Roux, P., Boutin, C. & Corominas, L. Evaluación del ciclo de vida de los sistemas de aguas residuales urbanas: cuantificación de la contribución relativa de los sistemas de alcantarillado. Agua Res. 77, 35–48 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Gassert, FP, Luo, RT y Maddocks, A. Clasificaciones de cuencas fluviales y países de acueductos: una agregación ponderada de indicadores hidrológicos espacialmente distintos (World Resources Institute Washington, DC, 2013).

Larsen, TA ¿Plantas de tratamiento de aguas residuales neutrales en CO2 o una gestión de aguas residuales robusta y respetuosa con el clima? Una perspectiva de sistemas. Agua Res. 87, 513–521 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Hsien, C., Choong Low, JS, Chan Fuchen, S. & Han, TW Evaluación del ciclo de vida del suministro de agua en Singapur: una ciudad urbana con escasez de agua y múltiples fuentes de agua. recurso Conservar reciclar 151, 104476 (2019).

Artículo Google Académico

Wang, X. et al. Evolución del paradigma de la infraestructura de aguas residuales para mejorar la armonía con la naturaleza. ciencia Adv. 4, eaaq0210 (2018).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rieger, L., Takács, I. y Siegrist, H. Mejora de la eliminación de nutrientes y reducción del uso de energía en tres plantas de tratamiento de aguas residuales suizas mediante control avanzado. Entorno de agua. Res. 84, 170–188 (2012).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Rahman, SM, Eckelman, MJ, Onnis-Hayden, A. & Gu, AZ Evaluación del ciclo de vida de tecnologías avanzadas de eliminación de nutrientes para el tratamiento de aguas residuales. Reinar. ciencia Tecnología 50, 3020–3030 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Parravicini, V., Nielsen, PH, Thornberg, D. & Pistocchi, A. Evaluación de las emisiones de gases de efecto invernadero del sector europeo de aguas residuales urbanas y opciones para su reducción. ciencia Entorno Total. 838, 156322 (2022).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Lu, L. et al. Tratamiento de aguas residuales para la captura y utilización de carbono. Nat. Sostener. 1, 750–758 (2018).

Artículo Google Académico

Qu, J. et al. Tendencias emergentes y perspectivas para la gestión de aguas residuales municipales en China. Ingeniería ES&T de ACS 2, 323–336 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Qu, J. et al. Tratamiento de aguas residuales municipales en China: historia de desarrollo y perspectivas futuras. Frente. Env. ciencia Ing. 13, 88 (2019).

Artículo Google Académico

Fang, YR, Li, S., Zhang, Y. & Xie, GH Distribución espacio-temporal de lodos de depuradora, su potencial de producción de metano y análisis de emisiones de gases de efecto invernadero. J. Limpio. Pinchar. 238, 117895 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Xu, Y., Gong, H. y Dai, X. Digestión anaeróbica con alto contenido de sólidos de lodos de depuradora: logros y perspectivas. Frente. Env. ciencia Ing. 15, 71 (2020).

Artículo Google Académico

Tyagi, VK & Lo, S.-L. Lodos: ¿residuo o fuente renovable para la recuperación de energía y recursos? Renovar. sust. energia Rev. 25, 708–728 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Zhao, S. et al. ¿La digestión anaeróbica mejora los beneficios ambientales y económicos de la incineración de lodos en China? Visión desde la perspectiva del ciclo de vida. recurso Conservar reciclar 188, 106688 (2023).

Artículo Google Académico

Zhou, X. et al. Recuperación de recursos en la evaluación del ciclo de vida del tratamiento de lodos: contribución, sensibilidad e incertidumbre. ciencia Entorno Total. 806, 150409 (2022).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Chen, R. et al. Evaluación del ciclo de vida de dos sistemas de conversión de lodos de depuradora en energía basados en diferentes características de los lodos de depuradora: balance energético y análisis de huella de emisiones de gases de efecto invernadero. J. Medio Ambiente. ciencia 111, 380–391 (2022).

Artículo Google Académico

Lam, C.-M., Lee, P.-H. & Hsu, S.-C. Análisis de ecoeficiencia de escenarios de tratamiento de lodos en ciudades urbanas: el caso de Hong Kong. J. Limpio. Pinchar. 112, 3028–3039 (2016).

Artículo Google Académico

Yang, G., Zhang, G. y Wang, H. Estado actual de la producción, gestión, tratamiento y eliminación de lodos en China. Agua Res. 78, 60–73 (2015).

Artículo PubMed Google Académico

Duarte, R., Pinilla, V. & Serrano, A. Mirando hacia atrás para mirar hacia adelante: uso del agua y crecimiento económico desde una perspectiva de largo plazo. aplicación economía 46, 212–224 (2014).

Artículo Google Académico

Somorowska, U. & Łaszewski, M. Cuantificación de la respuesta del caudal a la variabilidad climática, la entrada de aguas residuales y la urbanización en expansión en una cuenca fluvial muy modificada. ciencia Entorno Total. 656, 458–467 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Yao, X. et al. Medición y descomposición de la eficiencia total del agua del factor verde industrial en China. J. Limpio. Pinchar. 198, 1144–1156 (2018).

Artículo Google Académico

Hoja de ruta neta cero 2030. Water-UK https://www.water.org.uk/routemap2030/wp-content/uploads/2020/11/Water-UK-Net-Zero-2030-Routemap.pdf (2020).

Kesari, KK et al. Tratamiento y reutilización de aguas residuales: una revisión de sus aplicaciones e implicaciones para la salud. Contaminación del suelo del aire del agua. 232, 208 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Zhao, Y. et al. Efecto de reducción de energía del proyecto de desviación de agua de sur a norte en China. ciencia Rep. 7, 15956 (2017).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Mannina, G. et al. Emisiones de gases de efecto invernadero de los sistemas integrados de drenaje urbano: ¿dónde estamos? J. Hydrol. 559, 307–314 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Foley, J., Yuan, Z. & Lant, P. Metano disuelto en sistemas de alcantarillado principal ascendente: mediciones de campo y desarrollo de modelos simples para estimar las emisiones de gases de efecto invernadero. ciencia del agua Tecnología 60, 2963–2971 (2009).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Informe estadístico anual sobre el medio ambiente en China (Ministerio de Protección Ambiental de la República Popular China, 2006–2015).

Morera, S., Corominas, L., Rigola, M., Poch, M. & Comas, J. Uso de un inventario detallado de una gran planta de tratamiento de aguas residuales para estimar la importancia relativa de la construcción en los impactos ambientales generales. Agua Res. 122, 614–623 (2017).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Zhang, Z. & Wilson, F. Evaluación del ciclo de vida de una planta de tratamiento de aguas residuales en el sudeste asiático. Entorno de agua. J. 14, 51–56 (2000).

Artículo Google Académico

Oficina de Estadísticas del Estado. Anuario estadístico de construcción urbana de China (China Statistics Press, 2016).

Google Académico

Koutsou, OP, Gatidou, G. & Stasinakis, AS Gestión de aguas residuales domésticas en Grecia: estimación de emisiones de gases de efecto invernadero a escala nacional. J. Limpio. Pinchar. 188, 851–859 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Bogner, J. et al. Mitigación de las emisiones globales de gases de efecto invernadero a partir de los desechos: conclusiones y estrategias del Cuarto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC). Grupo de Trabajo III (Mitigación). Gestión de residuos Res. 26, 11–32 (2008).

Artículo PubMed Google Académico

Meglin, R., Kytzia, S. & Habert, G. Economía circular regional de materiales de construcción: evaluación ambiental y económica que combina análisis de flujo de materiales, análisis de entrada-salida y evaluación del ciclo de vida. J. Ind. Ecol. 26, 562–576 (2022).

Artículo Google Académico

Zheng, B., Huang, G., Liu, L., Guan, Y. & Zhai, M. Investigación dinámica inducida por aguas residuales basada en análisis de entrada-salida para la provincia de Guangdong, China. Reinar. contaminar 256, 113502 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Stokes, JR & Horvath, A. Efectos ambientales de la cadena de suministro de los servicios públicos de aguas residuales. Reinar. Res. Letón. 5, 014015 (2010).

Artículo Google Académico

Chen, W., Oldfield, TL, Patsios, SI y Holden, NM Evaluación híbrida del ciclo de vida de la valorización de aguas residuales agroindustriales. Agua Res. 170, 115275 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Vorosmarty, CJ, Green, P., Salisbury, J. y Lammers, RB Recursos hídricos mundiales: vulnerabilidad frente al cambio climático y el crecimiento demográfico. Ciencia 289, 284–288 (2000).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Oki, T. & Kanae, S. Ciclos hidrológicos globales y recursos hídricos mundiales. Ciencia 313, 1068–1072 (2006).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Wang, J., Zhong, L. & Long, Y. Baseline Water Stress: China (World Resources Institute, Beijing, 2016).

Zhang, C., Zhong, L. y Wang, J. Desacoplamiento entre el uso del agua y el crecimiento de la generación de energía termoeléctrica en China. Nat. Energía 3, 792–799 (2018).

Artículo Google Académico

Zhao, X. et al. Transferencias de agua físicas y virtuales para aliviar el estrés hídrico regional en China. proc. Academia Nacional. ciencia EE. UU. 112, 1031–1035 (2015).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

IPCC. Cambio Climático 2014: Informe de Síntesis (Contribución de los Grupos de Trabajo I, II y III al Quinto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, 2014).

Descargar referencias

Este estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (72074232, 72091511, 71725005 y 71921003), el Fondo de Ciencias Naturales para Jóvenes Académicos Distinguidos de la provincia de Guangdong, China (2018B030306032), el Programa de Científicos Sobresalientes de Beijing (BJJWZYJH01201910027031), el National Key Research y Programa de Desarrollo de China (2022YFF1301200), Proyecto Principal del Fondo Nacional de Ciencias Sociales de China (22&ZD108) y Departamento Provincial de Ciencia y Tecnología de Jiangsu (BK20220012). JCC desea agradecer el apoyo del Instituto Brook Byers para Sistemas Sostenibles, la Cátedra Hightower y la Alianza de Investigación de Georgia en el Instituto de Tecnología de Georgia. ZL quisiera agradecer el apoyo del Consejo de Becas de Investigación de Hong Kong (26201721). Los puntos de vista e ideas expresados aquí son únicamente de los autores y no representan las ideas de las agencias de financiamiento de ninguna forma.

Escuela de Ciencias Ambientales e Ingeniería, Universidad Sun Yat-sen, Guangzhou, China

Shaoqing Chen, Linmei Zhang y Feng Jiang

Laboratorio clave de la provincia de Guangdong de tecnología de remediación y control de la contaminación ambiental, Universidad Sun Yat-sen, Guangzhou, China

Shaoqing Chen, Linmei Zhang y Feng Jiang

Laboratorio Estatal Clave de Control de Contaminación y Reutilización de Recursos, Escuela de Medio Ambiente, Universidad de Nanjing, Nanjing, China

Beibei Liu, Hang Yi y Hanshi Su

Centro de Estudios Chinos y Estadounidenses de la Universidad Johns Hopkins–Universidad de Nanjing, Nanjing, China

beibei liu

Grupo de Análisis de Sistemas Avanzados, Instituto Internacional de Análisis de Sistemas Aplicados, Laxenburg, Austria

Ali Kharrazi

Programa de Estudios Globales, Facultad de Artes Liberales Internacionales, Universidad Internacional Akita, Ciudad Yuwa, Japón

Ali Kharrazi

Red para la Educación y la Investigación sobre la Paz y la Sostenibilidad (NERPS), Universidad de Hiroshima, Hiroshima, Japón

Ali Kharrazi

División de Medio Ambiente y Sostenibilidad, Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong, China

Zhongming Lu

Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental y el Instituto Brook Byers para Sistemas Sostenibles, Instituto de Tecnología de Georgia, Atlanta, GA, EE. UU.

Juan C. Crittenden

Laboratorio Conjunto Estatal Clave de Simulación Ambiental y Control de la Contaminación, Escuela de Medio Ambiente, Universidad Normal de Beijing, Beijing, China

Bin Chen

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

SC y BL diseñaron la investigación; LZ, SC y HS realizaron la investigación; SC, LZ, HY, AK y FJ analizaron datos; SC, BL, AK, BC, ZL y JCC escribieron el documento; y BC y JCC revisaron y editaron el manuscrito.

Correspondencia a Shaoqing Chen, Beibei Liu o Bin Chen.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Water agradece a Jing Meng, Qian Zhang y los otros revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Notas complementarias 1–5, Figs. 1–21 y tablas 1–12.

Fuentes de datos utilizadas para realizar este estudio.

Fuentes de datos utilizadas para generar la figura 1.

Fuentes de datos utilizadas para generar la Fig. 2.

Fuentes de datos utilizadas para generar la Fig. 3.

Fuentes de datos utilizadas para generar la Fig. 4.

Springer Nature o su licenciante (p. ej., una sociedad u otro socio) posee los derechos exclusivos de este artículo en virtud de un acuerdo de publicación con los autores u otros titulares de derechos; el autoarchivo del autor de la versión manuscrita aceptada de este artículo se rige únicamente por los términos de dicho acuerdo de publicación y la ley aplicable.

Reimpresiones y permisos

Chen, S., Zhang, L., Liu, B. et al. Desacoplar las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con las aguas residuales y el alivio del estrés hídrico en 300 ciudades de China es un desafío pero plausible para 2030. Nat Water (2023). https://doi.org/10.1038/s44221-023-00087-4

Descargar cita

Recibido: 07 Agosto 2022

Aceptado: 02 mayo 2023

Publicado: 01 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s44221-023-00087-4

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Noticias