近日，哈尔滨工业大学马军院士团队在《Engineering》上发表题为“Towards Sustainable Urban Water System: A Strategic Approach to Advance Decarbonizing Water Management”（迈向可持续的城市水系统——推进低碳水处理的战略路径）的综述论文。论文提出“分散式水系统（DWS）-源头分离-低碳技术”三位一体的城市水系统脱碳战略框架，为城市水资源管理革新提供理论支撑。潘辛禹为论文第一作者，赵雨萌为通讯作者。

为实现全球气候目标，低碳城市水系统建设至关重要。传统末端处理方法已难以满足需求，亟需新的技术方案与整体规划。该研究提出的可持续城市水管理框架，核心在于将分散式水系统、源头分离和低碳水处理技术相结合。

分散式水系统（DWS）是实现可持续城市供水系统的基础。与传统集中式系统相比，DWS 可分为无传统地下管网（家庭或农村地区）、小型地下管网（街区）和混合地下管网（大型社区）等类型。研究从社会环境、技术、成本、实施策略与环境影响多个维度对其进行了分析。社会环境方面，制度框架、治理结构及个人习惯等因素影响各方反馈；技术层面需考虑系统目标、空间结构与管控方式；成本上，DWS 的内部成本（管道建设、运行维护等直接支出）和外部成本（环境排放、健康影响等间接支出）均低于集中式水系统（CWS）；实施策略上，考虑到管理难度、用户接受度与重置成本，无管网和小规模管网系统因技术锁定效应更适宜建设 DWS；环境影响方面，DWS 的平均环境影响比 CWS 低 56%，在化石资源类别中，其环境影响仅为 CWS 的 25.2%，显示出在减少有机物排放与节约能源方面的显著优势。

DWS 的建设为污水源头分离奠定了基础。源头分离需要多领域、多部门协作，可促进能源回收、水处理及废物利用等领域的合作。通过分析灰水、黄水及粪便的体积、总氮（TN）和总磷（TP）分布，可见源头分离具有巨大的资源回收潜力。灰水再利用可生产再生水，黄水与粪便回收可用于肥料生产。相比传统集中式系统，源头分离简化了水质复杂性，降低了后续处理的能耗与碳排放，同时促进了氮、磷等资源的回收。

在实施 DWS 和源头分离后，低碳水处理技术成为完成资源利用闭环的核心手段。该技术分为资源节约与资源回收两类。资源节约可通过雨水回收（如雨水收集、绿色屋顶和生物滞留池，有助于控制径流并降低碳排放）、提高水处理效率（如 A2O-MBR 和 FMBR 适用于高效分散式处理）以及降低处理能耗（如利用太阳能和人工快速渗滤）来实现；资源回收则包括碳回收（如微生物电化学固碳、微生物电解池、人工湿地和微藻培养）与能源/养分回收（如厌氧电化学膜生物反应器和离子交换等）。

该研究整合了分散式水系统、污水源头分离和低碳水处理技术，探索出构建可持续城市水系统并减少碳排放的战略路径，提出了综合性、适应性强的城市水管理方案，对推动城市水系统从“线性高耗”向“循环低碳”转型具有重要意义。