将来市政污水处置技术应完成“从处置到回用，从能源耗费到能源自给”的转型，进一步通往“可持续供水的理想闭路水循环”。

目前市政污水处置面临的应战

目前，我国市政污水处置普遍采用以活性污泥法为中心的生物处置工艺。该工艺以生物氧化为中心，在好氧微生物作用下将废水中的有机物转化为生物质及二氧化碳。在过去一百多年里，活性污泥法在市政污水处置上获得了宏大的胜利，但是在新形势下，该技术面临着越来越多的应战。

高能耗

基于生物氧化的生物处置工艺需求足够的溶解氧来完成对污水中有机物和营养物质的去除，该工艺所需曝气相关的能耗可占污水处置总能耗的50~70%。2019年我国生活污水排放总量达718亿立方米，而我国目前城市污水处置电耗均匀程度为0.29~0.40 kWh/m3。若以均匀能耗0.40 kWh/m³计，则我国每年用于市政污水处置的总电能耗可达2.87×1010 kWh。随着我国总用水量的增加，污水排放总量将会进一步上升。此外，我国局部省市和地域将污水排流放步进步至“地表Ⅳ类水”规范，这对传统生物处置工艺又提出了晋级改造的请求，无疑会进步系统的复杂性，进一步增加污水处置的能耗。

大量剩余污泥

在传统活性污泥法中，污水中约50%的有机物经过生物氧化转化为生物质，不可防止地会产生大量的剩余污泥。据预算，每去除1 kg有机物可产生约0.3~0.5 kg的干生物质。依据GEP 发布的全球及中国污泥处置处置行业开展研讨报告，2020年中国污泥总产量将到达6177万吨。而目前我国经过填埋、堆肥、自然干化、燃烧等方式标准化妥善处置的剩余污泥尚不到60%，即大量的剩余污泥最终将进入环境形成二次污染。污泥处置仍然存在很多问题。我国现有的填埋场将满负荷运转，而污泥农用于植物生长的作用远不及肥料。厌氧消化可用于剩余污泥处置，并以甲烷气体回收能量，但是该技术只能完成35~50%的污泥减量，仍有大量固体剩余物，不得不再增加燃烧环节停止最终处置。而燃烧投资与运转费用太高，易形成大气污染。

温室气体

传统生物处置过程常随同大量温室气体排放，包括污水中有机物氧化过程产生的二氧化碳，生物脱氮过程产生的中间产物一氧化二氮和厌氧消化过程中产生的甲烷等。而一氧化二氮和甲烷的全球变暖潜能比二氧化碳高约300倍和25倍。此外，生物处置过程中所耗费的能源亦可折算为温室气体排放。假定我国废水处置所需的电能全部来自火力发电，则每年因市政污水处置间接排放二氧化碳总量高达2.57×107吨。为有效控制温室气体排放和全球气温升高，目前世界上已有40多个国度对碳含量或碳排放量停止征税，即“碳税”。例如，加拿大在2022年将进步碳税至38美圆/吨，新加坡方案在2030年前进步碳税至10~15美圆/吨，德国的银行预测到2035年碳税价钱将进步至80~140欧元/吨。若以15美圆/吨计，我国污水处置耗能折合排放的二氧化碳（2.57×107吨）可增加27.5亿元/年的额外本钱。这标明温室气体排放将成为废水处置本钱中不可疏忽的环节。

资源回收效率低

在以往的市政污水处置过程中，污水中所含的碳、氮、磷等物质均被当作废弃物被处置。但是，在目前全球资源慌张的严峻形势下，有必要重新审视传统的污水处置观念，将市政污水作为一种资源汇合体停止战略考量。据预算，全球范围内每年约有350万吨磷和1320万吨氨氮排放到污水中。依据世界粮农组织的最新报告，2020年全球磷和氮肥需求估量分别为20.0和1.2亿吨。因而，若能完成污水中磷、氮资源的有效回收，可缓解17.5%和11.1%的农业磷、氮的消费需求。

工艺复杂，占空中积大

近年来，在日益严厉的污水排放规范下，处置工艺的晋级改形成为必然。我国现行的污水处置工艺晋级改造通常采用在原有生物处置工艺根底上叠加深度处置单元。但是这样的晋级改造思绪不只延长了整个工艺处置流程，增加了处置系统的复杂性和运转难度，而且进步了占空中积。

综上，将来市政污水处置技术迫切需求理念和技术的改造。

市政污水处置技术改造：“从处置到回用，从能源耗费到能源自给”

由于自然淡水资源的严重短缺及人口和经济的疾速开展，中国正面临着日益严重的水资源短缺危机。据统计，我国660多个城市中，有400多个处于缺水状态，其中108个为严重缺水城市。我国城市供水缺口约为60亿立方米/年，水资源供需矛盾日益突出。在我国缺水城市和水生态敏感地域，由于远间隔调水工程浩荡，亟需探究新兴非传统水源。鉴于此，市政污水不应再被看作“废物”，而应被视为潜在的淡水资源。此外，随着市政污水处置排放规范的日益进步，假如市政污水处置仅满足排放请求而不思索回用，不只招致资源的糜费，且与污水处置“绿色、低碳、循环”的理念南辕北辙。

基于此，南洋理工大学团队报道了“新A-B工艺”的概念[1]。详细来说，此概念中的A段将市政污水中的有机物捕获并直接用于甲烷消费以完成能源回收，而B段采用生物法、物化法等对营养物停止低耗高效的去除及回收（图1）。在出水水质满足排放规范的根底上，完成市政污水处置厂的高能源回收效率和环境可持续性开展。

举例来说，以“新A-B理念”为指引，可在A段采用厌氧膜生物反响器工艺首先将市政污水中的大局部有机物直接转化为甲烷，完成能源回收，同时显著减少了剩余污泥的产生；而在B段采用反浸透工艺进一步去除可溶性营养物质，残留有机碳和主要阴阳离子。由于厌氧膜生物反响器出水已不含悬浮物和病原体等，反浸透浓缩液中富含的氨氮和磷酸盐，可进一步采用以鸟粪石方式沉淀/结晶、电渗析、电去离子等技术停止资源回收，或直接用于农业灌溉。若经反浸透处置后，氨氮未达规范，可添加氨氮吸附单元，灵敏有效控制出水氨氮浓度（图2）。

以新A-B工艺理念为根底，耦合污水处置技术产生高质再生水单位能耗约0.2~0.36 kWh/m3，且工艺流程简化，占空中积显著减小。将鼎力推进市政污水处置尽早完成“从处置到回用，从能源耗费到能源自给”的技术逾越。

市政污水处置闭路水循环：通往水资源可持续的有效途径

2018年，我国污水回用率仅为10%，主要应用于农业、工业、景观、市政杂用等，简直不触及城市居民生活用水。近年来，我国市政污水回用形式也逐渐向水质规范严厉的饮用水转变。2020年市政污水总排放量将到达1000亿立方米，随着我国对再生水注重的提升，再生水供给才能有望达4000万立方米/日（/news///_2.shtml）。若能进一步完成从市政污水回用高质再生水用于饮用水补偿，在供水量不变的状况下，可极大缓解城市水资源短缺的压力。比方，新加坡采用“”工艺，再生后的“重生水”可满足新加坡总用水量的40%。将“重生水”注入蓄水池，和自然水混合后保送至自来水厂，可进一步净化为饮用水。

市政污水作为潜在的城市水源具有显著的优势和可行性。由于回用水来自市政污水处置厂，因而靠近用户并减少了长间隔输运过程的水损失和调运本钱。相较于其他重生水源（如海水淡化常适用于沿海城市），市政污水不受天文位置限制。需求指出，技术的应用亦需量体裁衣，综合思索当地水资源、自然环境条件等。例如，在土地资源丰厚的小城市及地域，可思索分离人工湿地等技术，在人口密集的大中型城市及地域，集约化市政污水回用技术具有极大的适用性。

瞻望将来，随着水处置工艺技术的不时开展，市政污水处置应从“污染物去除达标排放”的理念逐步转变为“污水再生与市政供水一体化的闭路循环”新形式。应用新的理念和技术，将现行开放式的市政污水处置形式晋级为闭合式处置形式（图3），完成水资源循环可持续。此外，国度应制定相应政策，把闭路水循环的新理念传播到群众心中，加强群众承受度。