当前，能源效率的定量评价是推动污水处理行业节能降耗改革的重要依据。以全国城镇污水处理厂为样本，2014-2018年间运行数据中设计规模、负荷率和年累计用电量等为投入指标，单位电耗各类污染物去除量为产出指标，利用CCR、BCC模型和Malmquist指数进行数据包络分析，研究技术效率、规模效率和全要素生产率等能源效率指标变化趋势，结合K-W（Kruskal-Wallis）检验发现所属地区、采用工艺和设计规模对样本间能源效率指数差异起影响作用。2018年全国实际投入运行的污水处理厂平均吨水处理电耗达到0.380kWh/m³，4100个样本中有14个样本的运行效率达到相对有效，是其余样本改进的标杆。在实际总处理水量较大的地区，如湖北、广东、广西和上海等地，平均吨水处理电耗低于0.3kWh/m³，但设计规模大的污水处理厂综合效率提高的速度慢于需求的增长速度，综合技术效率还有较大改进空间。西北、东北地区的规模效率和纯技术效率相对较高，推测与污水排放量、污水处理设施分布集中程度有关。氧化塘是综合技术效率最高的工艺，三大传统广泛使用工艺的表现不够乐观，证明保持技术效率和技术进步率的同步增长是维持总体能源效率提升的前提。综合历年变化，技术效率变化率在2017-2018年间最高，技术进步率最大变化是在2016-2017年间，东北和西南地区在前三期全要素生产率都超过1，能源效率总体提升的幅度最大，技术进步率变化的不稳定相比于技术效率对华中、华南地区的能源效率影响更显著。研究结果为加强污水处理厂综合能源管理和深化节能降耗改革提供决策依据。