我国下水道系统的建设不够完善，污水收集不充分，使得水中的有机物含量不足以支持反硝化和厌氧污泥消化。因此，我国的污水处理厂基本上没有能量回收，也没有养分资源的回收。

污水处理主要靠微生物的生命活动降解污染物，碳源就是微生物重要的营养物质，如果碳源不足（污水有机物浓度太低），微生物就无法生长繁衍，污水处理效果就差。若污水中有机物含量过低，有时还需要投加额外碳源，比如乙酸钠、工业葡萄糖等。

我国城镇生活污水再生利用量只有污水处理量的4.6%。污水处理厂大部分只对污水进行一部分净化处理然后排入水体，并没有对污水进行充分利用。

为了提高污染物去除率，很多污水处理厂取消了初沉池，采取延长曝气时间的工艺，并增加了生物滤池以提高氮的去除率。但这会增加能源消耗，间接增加温室气体的排放。污水处理厂产生的污泥，利用率大约只有20%。污泥堆肥臭味大、周期长，污泥焚烧则容易造成环境污染。

随着城市化的发展，许多污水处理厂被城市社区包围。污水处理厂产生的气味和噪声等对周边居民的影响，成为一个需要解决的问题。

概念厂专委会合影

传统上，污水处理的目标就是减少水中的固体颗粒物和有机物等污染物，减少排除后对水体、环境的影响。未来的污水处理发展目标，是在进一步减少污染物（特别是新兴污染物）的基础上，转向水的再利用、能源和资源的回收及水生态的修复。

新概念污水处理厂（以下简称“概念厂”）是传统污水处理厂的“升级版”，它的目标是将污水处理厂从污染物去除场变成能源、水和肥料等的生产工厂，并成为城市生态系统的有机组成部分，实现污水处理的可持续发展。

概念厂希望“通过整合各种创新设计和领先技术来实现可持续供水，能源自给自足运营，资源回收和环境和谐的四重目标”。可以简单概括为四个追求，即水质永续、能量自给、资源循环、环境友好。

专委会对概念厂的技术路线、指标体系、水质管控策略和关键技术等都进行了深入的研究并取得突破。对包括厌氧氨氧化、新污染物检测与去除、高效磷回收等新工艺、新装备进行了系统性评估、研究、小试及中试；把水质、能源、资源和生态等要素系统耦合，创造性地构建了概念厂作为资源工厂、能源工厂的原理与技术体系；突破了一批具有自主知识产权的关键技术及大型装备；首次提出了“水质永续”的指标体系；发展了指标和效应、循环与生态协同的水质管控策略。

2013年提出污水处理概念厂的构想，经过考察、调研、设计和建设，8年之后的2021年10月，全国首座城市污水资源概念厂在宜兴建成并投入运行。

新兴污染物（Emerging Contaminants，简称ECs）的概念于2003年由米拉·彼德罗维奇（Mira Petrovi?）等提出， 一般指尚未有相关的环境管理政策法规或排放控制标准，但根据对其检出频率及潜在的健康风险的评估，有可能被纳入管制对象的物质。这类物质不一定是新的化学品，通常是已长期存在环境中，但由于浓度较低，其存在和潜在危害在近期才被发现的污染物。

随着更灵敏的检测技术的发展，有更多的“新”污染物被发现。新兴污染物种类繁多，包括全氟化合物、内分泌干扰物、药品、个人护理用品、致癌多环芳烃及其他有毒物质等。这些新兴污染物具有较高的生物毒性，会对人体健康和生态环境造成影响。去除新兴污染物是概念厂的重要目标之一。

一般的污水处理厂主要是去除有机物和氮磷等常规污染物，不能有效去除新兴污染物。因此，需要对现有的污水处理厂进行升级改造，在常规的污水处理工艺后增加深度处理单元。

控制新兴污染物的排放，对保护水环境、保障饮用水水质非常重要。去除新兴污染物的技术，有吸附法、臭氧氧化法、膜技术法（如纳滤/反渗透）等。

?  活性炭吸附

活性炭是污水处理中常用的吸附剂，通常采用的形式是粉末活性炭（PAC）或者颗粒活性炭（GAC），用来去除各种有机污染物。

  臭氧氧化法

臭氧是一种强氧化剂和消毒剂，臭氧分子可以有选择性地与双键、胺类、苯酚衍生物等发生氧化反应，或者通过形成羟基自由基（·OH）与污染物发生非选择性的氧化反应。臭氧氧化的一个潜在缺点是与新兴污染物和水质组分反应的过程中由于不完全氧化产生了一些未知的活性副产物，如一些具有毒性的氧化副产物，这些副产物甚至可能会造成出水毒性高于臭氧处理前，因此后续的处理工艺十分必要。

  纳滤/反渗透

在其他新兴污染物的去除方法中，膜分离技术受到的关注较多，其中纳滤（NF）和反渗透（RO）对新兴污染物的去除效果最好。纳滤和反渗透技术均采用高压膜，膜上有很多孔径极小的小孔，可以截留较小的分子，一般应用于无机离子和有机污染物的截留。反渗透膜（孔径10～50埃）可以截留水中90%的有机小分子物质。

目前将纳滤和反渗透技术实际应用于污水处理厂的并不多，主要是因为能耗较高、膜污染及膜分离过程中产生大量需要处理的浓缩液等。

污水处理行业属于“能耗大户”。据统计，我国2014年污水处理厂电耗占全国总电耗的0.26%，算上工业废水处理和污泥处理，所占比例将超过2%。美国有超过1.6万座污水处理厂，耗电量占全社会总耗电量的1%。在丹麦，水和污水的处理流程消耗了25%～40%的市政电力。另外，污水处理需要消耗大量燃料和药剂，会间接排放大量温室气体，处理过程本身也会直接排放温室气体。联合国数据显示，全球污水处理等水处理行业碳排放量大约占全球碳排放量2%。美国2017年能源消耗量中约2%用于饮用水和污水处理系统，产生约4100万吨温室气体。为了减少碳排放，就需要降低污水处理的能耗。世界上已有多个国家发布了污水厂碳中和技术路线图。这也是概念厂的目标。

污水中的有机物富含能源，合理利用通常能满足污水处理厂能耗的1/3～1/2；另一方面，污水处理新工艺、新技术、新装备及运营方式也有广泛的节能效果。合理集成各个节能途径，概念厂将实现在目前污水处理耗能基础上普遍节能50%以上。

近百年来，大部分生活污水都使用好氧的活性污泥法进行处理，也就是在氧气和细菌的共同作用下，将污染物氧化掉。但活性污泥法会消耗巨大的能源，并释放碳足迹（即产生的二氧化碳及其他温室气体的总量，通常用二氧化碳吨数来表示）。一个10万吨/天的中型的污水处理厂消耗的电力与我国城镇5000人相当，每天的碳足迹相当于6000辆家用汽车的二氧化碳排放量。最关键的是，污水中有机物所含的能量被大量浪费。这个过程还会产生大量湿污泥，干燥、处置或焚烧这些污泥占处理设施总成本的30%～50%。

对污泥进行厌氧消化可以“回收”一部分能量。在缺氧的情况下，微生物将复杂的有机物分解成更简单的有机分子，然后将其转化为甲烷。通过燃烧甲烷以产生电和热，厌氧消化可抵消活性污泥法20%～30%的能量和温室气体成本。但这个消化过程很缓慢，通常需要10～20天。

如果能将厌氧工艺直接应用于污水而不是污泥，将可以完全逆转这些成本，甚至产生“过量”的能量。但是在环境温度下和污水中有机物浓度低的情况下，厌氧工艺不适用。有两种新技术有望解决这个问题。

一种是厌氧膜生物反应器（AnMBR）。它使用多孔膜来滞留和浓缩固体（包括颗粒有机物和产生甲烷气体的缓慢生长的微生物）及污水中90%以上的溶解有机物。通过延长材料的降解时间，每立方米污水可产生25%～100%的甲烷。然后，可以通过气体或真空技术对90%以上的溶解态甲烷进行提取（浓度为10～20毫克/升），整个过程的耗能仅需要0.05千瓦时/立方米。

另一种是微生物电化学电池（MXC）。它以微生物燃料电池（一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置）的形式直接产生电力，或者在微生物电解电池中产生富含能量的化学物质，如氢气。有一些细菌，当它们代谢有机物时，可以通过细胞膜将电子转移到外部。如果电子传递到燃料电池的阳极，就可以传递电流。MXC产生的产品是电或氢气，它们比甲烷更有价值、更方便使用。但这种方法的反应过程缓慢，通常需要几天，离实用还有一些距离。

厌氧工艺可以将氮和磷转换为铵离子和磷酸根离子排放出去，如果用于灌溉田地，可以增加田地的营养成分。如果能将污水中的氮和磷转变成便于储存和运输的形式（如一种被称为“鸟粪石”的肥料），那就更有价值了。特别是，从污水中进行氮回收会对全球环境产生影响。虽然大气中的氮气可以还原合成氮肥，但所涉及的固氮工艺耗能很高，甚至占到世界年能源使用量的百分之几。如果从污水中回收的氮可以取代5%的氮肥生产，就可以节省超过50太瓦时的能源，相当于节省我国每年1.5%的电力消耗。

但是生活污水中氮和磷的浓度较低，不容易回收。离子交换和电渗析这两种技术，有望捕获并浓缩污水中的氮和磷，将之作为鸟粪石回收。

离子交换是溶液与离子交换树脂（固体）之间所进行的离子相互交换，是一种吸附过程— 被吸附的离子从溶液中分出而进入离子交换树脂，被交换的离子则从离子交换树脂中分出而进入溶液。在离子交换中，水中的磷酸根离子与离子交换树脂中的碳酸盐等阴离子交换，或铵离子与钠离子等阳离子交换，然后被吸附、浓缩。

电渗析是在电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对水溶液中阴、阳离子的选择透过性，使离子透过离子交换膜而分离。在电渗析中，电场和膜基于电荷和尺寸的差异可以将铵离子和磷酸根离子与其他离子分离并浓缩。

但这两种技术目前仍在进行小规模调试，还存在一些问题，尚不能完全实用化。

为了使污水处理厂环境友好，需要考虑以下几个方面：减少处理过程的能耗和温室气体排放，如使用可再生能源、优化曝气系统、从厌氧消化中回收沼气等。改善处理过的污水的质量和再利用，如使用先进的处理技术、实施水再利用计划、保护下游生态系统等。加强污泥的资源回收和利用，如利用污泥生产生物肥料、生物塑料、建筑材料等。

“邻避”，是“not in my backyard”的缩写NIMBY的音译和意译的整合，原意为“不要建在我家后院”。指的是居民或当地机构因担心某些公共设施项目如垃圾处理设施等对身体健康、环境质量和资产价值等带来负面影响，而采取集体反对以至抗争的行为。

为了解决污水处理厂的“邻避”问题，需要从多方面采取措施。从规划角度入手，在项目实施之前和期间开展公众参与和咨询，提高公众对污水处理厂效益和风险的认识和接受程度。从气味角度入手，采用臭气控制技术，减少臭气滋扰。从建筑角度入手，根据周边环境特点，通过降低层高、弱化立面、控制色彩等增加亲和感。从市政角度入手，通过退让场地边界，建 设 展 厅 、 游 园 、 运 动 场 地 等 方式，提供休憩场所，拉近与居民的距离。从景观角度入手，选择适应本地区气候条件的植物，配合海绵城市、尾水湿地等方式打造园林厂区、森林厂区。

目前，长江流域的污水处理厂存在能耗高、效率低的问题。三峡集团在共抓长江大保护中充分发挥骨干主力作用，以城镇污水治理为切入点，开启了“治水”新篇章。2021年以来三峡集团通过股权合作，参与宜兴城市污水资源概念厂这座全国首个污水处理概念厂的建设。

2022年8月三峡集团长江经济带生态环境国家工程研究中心、长江生态环保集团与概念厂专委会三方共同签署了合作框架协议。三峡集团将在更大范围、更多领域、更深层次推进长江大保护工作。概念厂致力于探索面向未来的污水处理新理念、新模式、新技术，与长江大保护业务发展需求高度契合。通过系列概念厂建设，打造独特高效的长江生态治理“利器”。

“十四五”期间，三峡集团将以与地方政府合作开展长江大保护为契机，以宜兴城市污水资源概念厂为样板，在沿江合作城市打造建设一批中国城市污水处理概念厂。