Découplage des eaux usées

Nature Eau (2023)Citer cet article

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Les infrastructures de traitement et de réutilisation des eaux usées urbaines jouent un rôle vital dans la réalisation de la durabilité de l'eau ; cependant, les voies pour réaliser des synergies eau-climat dans la planification de telles infrastructures ne sont pas claires. Nous examinons ici le lien entre le stress hydrique urbain et les émissions de gaz à effet de serre (GES) résultant de l'expansion des infrastructures de traitement des eaux usées dans plus de 300 villes en Chine. Nous constatons que, malgré une augmentation totale de 176 % des émissions de GES sur le cycle de vie, le traitement des eaux usées à plus grande échelle et la réutilisation de l'eau récupérée ont presque triplé la quantité moyenne de stress hydrique urbain atténué entre 2006 et 2015. de 27 % au niveau national, tandis que ses villes de l'Est et du Nord pourraient réduire les émissions de plus de 40 % pour chaque unité de stress hydrique atténué. Cette étude donne un aperçu du lien eau-climat et décrit les voies possibles pour réduire le stress hydrique tout en atténuant les émissions de GES liées aux eaux usées.

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Jeffrey, P. et al. Revue 2018 de la réutilisation de l'eau en Europe (Water Reuse Europe, 2018).

Larsen, TA, Hoffmann, S., Lüthi, C., Truffer, B. & Maurer, M. Solutions émergentes aux défis de l'eau d'un monde en urbanisation. Sciences 352, 928–933 (2016).

Article CAS PubMed Google Scholar

ONU-Eau. Rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en eau 2020 : L'eau et le changement climatique (Organisation des Nations Unies pour l'éducation, la science et la culture, 2020).

Zhang, Y., Huo, J. & Zheng, X. Eaux usées : la prochaine source d'eau de la Chine. Sciences 374, 1332-1332 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Hejazi, MI et al. L'atténuation des émissions aux États-Unis au XXIe siècle pourrait augmenter le stress hydrique davantage que le changement climatique qu'il atténue. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 112, 10635–10640 (2015).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Parkinson, S. et al. Équilibrer les compromis entre l'eau propre et l'atténuation du changement climatique. Environ. Rés. Lett. 14, 014009 (2019).

Article CAS Google Scholar

Stokes, JR, Hendrickson, TP et Horvath, A. Économisez de l'eau pour économiser du carbone et de l'argent : développement des coûts de réduction pour les portefeuilles élargis de réduction des gaz à effet de serre. Environ. Sci. Technol. 48, 13583–13591 (2014).

Article CAS PubMed Google Scholar

Deuxième rapport biennal actualisé sur le changement climatique de la République populaire de Chine (Ministère de l'écologie et de l'environnement de la République populaire de Chine, 2019).

Lin, J., Khanna, N., Liu, X., Teng, F. et Wang, X. Émissions chinoises de gaz à effet de serre autres que le CO2 : trajectoires futures et options et potentiel d'atténuation. Sci. Rep. 9, 16095 (2019).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Hendrickson, TP et al. Consommation d'énergie et émissions de gaz à effet de serre tout au long du cycle de vie d'un système de traitement des eaux usées et de réutilisation non potable à l'échelle d'un bâtiment. Environ. Sci. Technol. 49, 10303–10311 (2015).

Article CAS PubMed Google Scholar

Zhang, Q., Nakatani, J., Wang, T., Chai, C. et Moriguchi, Y. Émissions cachées de gaz à effet de serre pour les services d'eau dans les villes chinoises. J. Propre. Prod. 162, 665–677 (2017).

Article CAS Google Scholar

Zawartka, P., Burchart-Korol, D. & Blaut, A. Modèle d'évaluation de l'empreinte carbone pour le cycle de vie du système de collecte, de transport et de traitement des eaux usées. Sci. Rep. 10, 5799 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lundin, M., Bengtsson, M. & Molander, S. Évaluation du cycle de vie des systèmes d'assainissement : influence des limites et de l'échelle du système sur les charges environnementales calculées. Environ. Sci. Technol. 34, 180-186 (2000).

Article CAS Google Scholar

Développement durable : les 17 objectifs (Département des affaires économiques et sociales, Nations Unies, 2015).

Stringer, LC et al. Impacts du changement climatique sur la sécurité de l'eau dans les zones arides du monde. Une Terre 4, 851–864 (2021).

Article Google Scholar

Bureau national des statistiques. Annuaire statistique de la Chine sur l'environnement (China Statistics Press, 2016).

Google Scholar

Bixio, D. et al. Récupération et réutilisation des eaux usées dans l'Union européenne et en Israël : statu quo et perspectives d'avenir. Int. Rév. Environ. Stratég. 6, 251-268 (2006).

Google Scholar

Norme de rejet des polluants pour les stations d'épuration des eaux usées municipales, GB18918-2002 (Ministère de l'écologie et de l'environnement de la République populaire de Chine, 2015).

Le 13e plan quinquennal national de construction d'installations de traitement et de recyclage des eaux usées urbaines (Commission nationale de développement et de réforme de la République populaire de Chine, 2017).

Zhang, Q. et al. Émissions de gaz à effet de serre associées aux infrastructures hydrauliques urbaines : ce que nous avons appris de la pratique chinoise. FILS Eau 8, e1529 (2021).

Article Google Scholar

Du, W. et al. Schéma spatio-temporel des émissions de gaz à effet de serre dans le secteur des eaux usées en Chine et voies vers la neutralité carbone. Nat. Eau 1, 166-175 (2023).

Article Google Scholar

Hao, X., Batstone, D. & Guest, JS La neutralité carbone : un objectif ultime vers des stations d'épuration durables. Eau Rés. 87, 413–415 (2015).

Article CAS PubMed Google Scholar

Wang, D. et al. Émissions de gaz à effet de serre des installations municipales de traitement des eaux usées en Chine de 2006 à 2019. Sci. Données 9, 317 (2022).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yang, M. et al. Émissions de gaz à effet de serre des usines de traitement des eaux usées en Chine : émissions historiques et futurs potentiels d'atténuation. Resour. Conserv. Recycl. 190, 106794 (2023).

Article CAS Google Scholar

Lyu, S., Chen, W., Zhang, W., Fan, Y. & Jiao, W. Récupération et réutilisation des eaux usées en Chine : opportunités et défis. J. Environ. Sci. 39, 86–96 (2016).

Article Google Scholar

Liu, L. et al. L'importance de la configuration du système pour la réutilisation directe distribuée de l'eau potable. Nat. Soutenir. 3, 548-555 (2020).

Article Google Scholar

Eijo-Río, E. et al. Les réseaux d'égouts municipaux en tant que sources d'émissions d'oxyde nitreux, de méthane et d'hydrogène sulfuré : un bilan et des études de cas. J. Environ. Chim. Ing. 3, 2084-2094 (2015).

Article Google Scholar

Risch, E., Gutierrez, O., Roux, P., Boutin, C. & Corominas, L. Analyse du cycle de vie des systèmes d'eaux usées urbaines : quantifier la contribution relative des systèmes d'égouts. Eau Rés. 77, 35–48 (2015).

Article CAS PubMed Google Scholar

Gassert, FP, Luo, RT & Maddocks, A. Aqueduct Country and River Basin Rankings: A Weighted Aggregation of Spatially Distinct Hydrological Indicators (World Resources Institute Washington, DC, 2013).

Larsen, TA Des stations d'épuration neutres en CO2 ou une gestion des eaux usées robuste et respectueuse du climat ? Une perspective systémique. Eau Rés. 87, 513-521 (2015).

Article CAS PubMed Google Scholar

Hsien, C., Choong Low, JS, Chan Fuchen, S. & Han, TW Évaluation du cycle de vie de l'approvisionnement en eau à Singapour - une ville urbaine pauvre en eau avec de multiples sources d'eau. Resour. Conserv. Recycl. 151, 104476 (2019).

Article Google Scholar

Wang, X. et al. Paradigme évolutif de l'infrastructure des eaux usées pour améliorer l'harmonie avec la nature. Sci. Adv. 4, eaaq0210 (2018).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rieger, L., Takács, I. & Siegrist, H. Améliorer l'élimination des nutriments tout en réduisant la consommation d'énergie dans trois stations d'épuration suisses à l'aide d'un contrôle avancé. Environnement d'eau Rés. 84, 170-188 (2012).

Article CAS PubMed Google Scholar

Rahman, SM, Eckelman, MJ, Onnis-Hayden, A. & Gu, AZ Évaluation du cycle de vie des technologies avancées d'élimination des nutriments pour le traitement des eaux usées. Environ. Sci. Technol. 50, 3020–3030 (2016).

Article CAS PubMed Google Scholar

Parravicini, V., Nielsen, PH, Thornberg, D. & Pistocchi, A. Évaluation des émissions de gaz à effet de serre du secteur européen des eaux usées urbaines et options pour leur réduction. Sci. Environ. 838, 156322 (2022).

Article CAS PubMed Google Scholar

Lu, L. et al. Traitement des eaux usées pour la capture et l'utilisation du carbone. Nat. Soutenir. 1, 750–758 (2018).

Article Google Scholar

Qu, J. et al. Tendances émergentes et perspectives de la gestion des eaux usées municipales en Chine. ACS ES&T Engineering 2, 323–336 (2022).

Article CAS Google Scholar

Qu, J. et al. Traitement des eaux usées municipales en Chine : historique du développement et perspectives d'avenir. Devant. Env. Sci. Ing. 13, 88 (2019).

Article Google Scholar

Fang, YR, Li, S., Zhang, Y. & Xie, GH Distribution spatio-temporelle des boues d'épuration, son potentiel de production de méthane et une analyse des émissions de gaz à effet de serre. J. Propre. Prod. 238, 117895 (2019).

Article CAS Google Scholar

Xu, Y., Gong, H. & Dai, X. Digestion anaérobie à haute teneur en solides des boues d'épuration : réalisations et perspectives. Devant. Env. Sci. Ing. 15, 71 (2020).

Article Google Scholar

Tyagi, VK & Lo, S.-L. Les boues : un déchet ou une source renouvelable pour la valorisation de l'énergie et des ressources ? Renouveler. Sust. Énerg. Rév. 25, 708–728 (2013).

Article CAS Google Scholar

Zhao, S. et al. La digestion anaérobie améliore-t-elle les avantages environnementaux et économiques de l'incinération des boues en Chine ? Aperçu du point de vue du cycle de vie. Resour. Conserv. Recycl. 188, 106688 (2023).

Article Google Scholar

Zhou, X. et al. Valorisation des ressources dans l'analyse du cycle de vie du traitement des boues : contribution, sensibilité et incertitude. Sci. Environ. 806, 150409 (2022).

Article CAS PubMed Google Scholar

Chen, R. et al. Évaluation du cycle de vie de deux systèmes de valorisation énergétique des boues d'épuration sur la base de différentes caractéristiques des boues d'épuration : bilan énergétique et analyse de l'empreinte des émissions de gaz à effet de serre. J. Environ. Sci. 111, 380–391 (2022).

Article Google Scholar

Lam, C.-M., Lee, P.-H. & Hsu, S.-C. Analyse d'éco-efficacité de scénarios de traitement des boues dans les villes urbaines : le cas de Hong Kong. J. Propre. Prod. 112, 3028–3039 (2016).

Article Google Scholar

Yang, G., Zhang, G. & Wang, H. État actuel de la production, de la gestion, du traitement et de l'élimination des boues en Chine. Eau Rés. 78, 60–73 (2015).

Article PubMed Google Scholar

Duarte, R., Pinilla, V. & Serrano, A. Regarder en arrière pour regarder en avant : utilisation de l'eau et croissance économique dans une perspective à long terme. Appl. Écon. 46, 212-224 (2014).

Article Google Scholar

Somorowska, U. & Łaszewski, M. Quantification de la réponse du débit fluvial à la variabilité climatique, à l'afflux d'eaux usées et à l'urbanisation tentaculaire dans un bassin fluvial fortement modifié. Sci. Environ. 656, 458–467 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Yao, X. et al. Mesure et décomposition de l'efficacité énergétique du facteur total vert industriel en Chine. J. Propre. Prod. 198, 1144–1156 (2018).

Article Google Scholar

Feuille de route Net zéro 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. Traitement et réutilisation des eaux usées : bilan de ses applications et implications sanitaires. Eau Air Sol Pollution. 232, 208 (2021).

Article CAS Google Scholar

Zhao, Y. et al. Effet de réduction d'énergie du projet de dérivation d'eau du sud vers le nord en Chine. Sci. Rep. 7, 15956 (2017).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Mannina, G. et al. Émissions de gaz à effet de serre des systèmes d'assainissement urbain intégrés : où en est-on ? J. Hydrol. 559, 307–314 (2018).

Article CAS Google Scholar

Foley, J., Yuan, Z. & Lant, P. Méthane dissous dans les réseaux d'égouts principaux ascendants : mesures sur le terrain et développement d'un modèle simple pour estimer les émissions de gaz à effet de serre. Sci de l'eau. Technol. 60, 2963-2971 (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Rapport statistique annuel sur l'environnement en Chine (Ministère de la protection de l'environnement de la République populaire de Chine, 2006-2015).

Morera, S., Corominas, L., Rigola, M., Poch, M. & Comas, J. Utilisation d'un inventaire détaillé d'une grande usine de traitement des eaux usées pour estimer l'importance relative de la construction par rapport aux impacts environnementaux globaux. Eau Rés. 122, 614–623 (2017).

Article CAS PubMed Google Scholar

Zhang, Z. & Wilson, F. Évaluation du cycle de vie d'une station d'épuration en Asie du Sud-Est. Environnement d'eau J. 14, 51-56 (2000).

Article Google Scholar

Bureau national des statistiques. Annuaire statistique de la construction urbaine en Chine (China Statistics Press, 2016).

Google Scholar

Koutsou, OP, Gatidou, G. & Stasinakis, AS Gestion des eaux usées domestiques en Grèce : estimation des émissions de gaz à effet de serre à l'échelle nationale. J. Propre. Prod. 188, 851–859 (2018).

Article CAS Google Scholar

Bogner, J. et al. Atténuation des émissions mondiales de gaz à effet de serre provenant des déchets : conclusions et stratégies du quatrième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Groupe de travail III (Atténuation). Gestion des déchets Rés. 26, 11-32 (2008).

Article PubMed Google Scholar

Meglin, R., Kytzia, S. & Habert, G. Économie circulaire régionale des matériaux de construction : évaluation environnementale et économique combinant analyse des flux de matériaux, analyses entrées-sorties et évaluation du cycle de vie. J. Ind. Ecol. 26, 562–576 (2022).

Article Google Scholar

Zheng, B., Huang, G., Liu, L., Guan, Y. & Zhai, M. Recherche dynamique induite par les eaux usées basée sur une analyse des entrées-sorties pour la province de Guangdong, en Chine. Environ. Pollution. 256, 113502 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Stokes, JR & Horvath, A. Effets environnementaux sur la chaîne d'approvisionnement des services publics d'assainissement. Environ. Rés. Lett. 5, 014015 (2010).

Article Google Scholar

Chen, W., Oldfield, TL, Patsios, SI & Holden, NM Évaluation hybride du cycle de vie de la valorisation des eaux usées agro-industrielles. Eau Rés. 170, 115275 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Vorosmarty, CJ, Green, P., Salisbury, J. & Lammers, RB Ressources mondiales en eau : vulnérabilité au changement climatique et à la croissance démographique. Sciences 289, 284-288 (2000).

Article CAS PubMed Google Scholar

Oki, T. & Kanae, S. Cycles hydrologiques mondiaux et ressources mondiales en eau. Sciences 313, 1068-1072 (2006).

Article CAS PubMed Google Scholar

Wang, J., Zhong, L. & Long, Y. Stress hydrique de base : Chine (Institut des ressources mondiales, Pékin, 2016).

Zhang, C., Zhong, L. & Wang, J. Découplage entre l'utilisation de l'eau et la croissance de la production d'énergie thermoélectrique en Chine. Nat. Énergie 3, 792–799 (2018).

Article Google Scholar

Zhao, X. et al. Transferts d'eau physiques et virtuels pour la réduction du stress hydrique régional en Chine. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 112, 1031-1035 (2015).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

GIEC. Climate Change 2014: Synthesis Report (Contribution des groupes de travail I, II et III au cinquième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2014).

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Cette étude a été soutenue par la National Natural Science Foundation of China (72074232, 72091511, 71725005 et 71921003), le Natural Science Fund for Distinguished Young Scholars of Guangdong Province, China (2018B030306032), le Beijing Outstanding Scientist Program (BJJWZYJH01201910027031), le National Key Research and Development Programme de Chine (2022YFF1301200), Projet majeur du Fonds national des sciences sociales de Chine (22&ZD108) et Département provincial des sciences et technologies du Jiangsu (BK20220012). JCC tient à souligner le soutien du Brook Byers Institute for Sustainable Systems, Hightower Chair et de la Georgia Research Alliance du Georgia Institute of Technology. ZL tient à remercier le Hong Kong Research Grant Council (26201721) pour son soutien. Les points de vue et idées exprimés ici sont uniquement ceux des auteurs et ne représentent pas les idées des agences de financement sous quelque forme que ce soit.

École des sciences et de l'ingénierie de l'environnement, Université Sun Yat-sen, Guangzhou, Chine

Shaoqing Chen, Linmei Zhang et Feng Jiang

Guangdong Provincial Key Laboratory of Environmental Pollution Control and Remediation Technology, Université Sun Yat-sen, Guangzhou, Chine

Shaoqing Chen, Linmei Zhang et Feng Jiang

State Key Laboratory of Pollution Control & Resource Reuse, School of Environment, Nanjing University, Nanjing, Chine

Beibei Liu, Hang Yi et Hanshi Su

Université Johns Hopkins – Centre universitaire d'études chinoises et américaines de Nanjing, Nanjing, Chine

Beibei Liu

Groupe d'analyse des systèmes avancés, Institut international d'analyse des systèmes appliqués, Laxenburg, Autriche

Ali Kharrazi

Programme d'études mondiales, Faculté des arts libéraux internationaux, Université internationale d'Akita, Yuwa City, Japon

Ali Kharrazi

Réseau pour l'éducation et la recherche sur la paix et la durabilité (NERPS), Université d'Hiroshima, Hiroshima, Japon

Ali Kharrazi

Division de l'environnement et de la durabilité, Université des sciences et technologies de Hong Kong, Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong, Chine

Zhongming Lu

École de génie civil et environnemental et Brook Byers Institute for Sustainable Systems, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, États-Unis

John C. Crittenden

State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing, Chine

Ben Chen

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SC et BL ont conçu la recherche ; LZ, SC et HS ont effectué la recherche ; SC, LZ, HY, AK et FJ ont analysé les données ; SC, BL, AK, BC, ZL et JCC ont rédigé l'article ; et BC et JCC ont révisé et édité le manuscrit.

Correspondance à Shaoqing Chen, Beibei Liu ou Bin Chen.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Water remercie Jing Meng, Qian Zhang et les autres évaluateurs anonymes pour leur contribution à l'évaluation par les pairs de ce travail.

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Notes supplémentaires 1 à 5, fig. 1–21 et Tableaux 1–12.

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Réimpressions et autorisations

Chen, S., Zhang, L., Liu, B. et al. Découpler les émissions de gaz à effet de serre liées aux eaux usées et la réduction du stress hydrique dans 300 villes chinoises est difficile mais plausible d'ici 2030. Nat Water (2023). https://doi.org/10.1038/s44221-023-00087-4

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Reçu : 07 août 2022

Accepté : 02 mai 2023

Publié: 01 juin 2023

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

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