杨 庆， 王亚鑫， 曹效鑫, 刘秀红， 章世勇

(1.北京工业大学环境与能源工程学院， 北京 100124； 2.贵州筑信水务环境产业有限公司， 贵阳 550000;3.北京工业大学城市建设学部， 北京 100124)

几个世纪以来，随着工业生产的急剧发展和人类生活质量的快速提高，温室效应问题愈发突出，引发了全球气候变暖、海平面上升、恶劣天气频出等一系列生态环境问题，降低碳排放量，减缓全球气候变暖，已成为 21世纪世界各国的共识[1]. 为应对和缓解日益突出的极端气候问题，“碳中和”这一低碳运行理念应运而生. 碳中和是指企业、团体或个人在一定时间内直接或间接产生的温室气体(greenhouse gas,GHG)排放总量，通过植树造林、节能减排等形式将这些排放量抵消掉，使二氧化碳(CO2)在排放和吸收之间达成长期平衡[2]，最终达到生态文明的目的.

污水处理行业是我国的耗能大户，2020年全行业耗电约184亿kW·h，且在社会总能耗中的比例逐年提高[3]. 目前我国城市污水处理主流工艺主要采用生化处理方式，在处理过程中会消耗大量能源和化学药剂来实现水质净化，且会产生大量的CO2、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)等温室气体，是公认的温室气体释放源之一[4]，从某种程度讲这是一种“以能消能”“污染转移”“以能耗换水质”的非绿色手段[5]. 与此同时，污水中有机污染物所蕴藏的大量有机化学能(1.5～1.9 kW·h/m3[6])几乎未被有效利用，这就需要不断开发和利用污水/污泥中蕴藏的潜在能源，亦要研发与应用具有“低碳”潜能的污水处理工艺和技术. 因此，本文从宏观和微观2个角度对目前污水厂中碳中和运行的技术措施进行了综述，并介绍了国内外污水处理厂在能源开源和节流方面的成功经验，以期为碳中和运行技术的实际工程应用提供理论基础，不断向实现碳中和的目标迈进.

1 污水处理中碳排放及利用现状

污水处理碳中和运行的实质就是实现整个污水处理过程能源的自给自足，依靠污水处理厂或污水自身的能量来弥补能耗[7]. 然而，传统活性污泥处理过程通过曝气设备供氧将污水中有机物(40%～50%)转化为CO2的同时，将其余的有机物(50%～60%)通过微生物转化为难处理的剩余污泥[8]. 换言之，该种方式在消耗大量外部能源进行污水处理的过程中，实际上是将污染的方式从水污染转化为空气污染和污泥污染，同时还消耗了大量的外部能源，可谓是“以能消能”“污染转嫁”，这显然不符合可持续发展理念，城市污水处理厂中温室气体的排放情况见图1. 污水中的COD也可以厌氧消化产CH4、发酵产氢等可持续的方式先被转化为CH4或H2等含能载体，将其中的化学能利用之后再生成CO2. 无论采用哪种污水处理方式，CO2都是COD转化的最终归宿，但经可持续途径对外部能源的需求量大大降低，而且也间接减少了CO2的排放量.

图1 城市污水处理厂温室气体的排放情况Fig.1 Emissions of greenhouse gas from municipal sewage treatment plants

此外，传统的污水资源化处理也主要是针对水本身的回用，例如回用于绿化灌溉、洗涤或工业冷却水等方面，却忽略了污水本身含有丰富的碳资源这一问题[9]. 污水实际上是一种资源与能源的载体，据估计，COD为400～500 mg/L的城市污水潜在化学能为1.5～1.9 kW·h/m3[10]，每千克COD约能产生0.14×108J的代谢热[11]，污水每升高或降低5 ℃所产生的热量几乎等于332座大型发电厂的年发电量，约为有机物代谢热的4倍[12]. 污水中蕴含着如此巨大的能量，如果合理利用其中部分COD的化学能甚至是热能，并将其转换为电能，理论上可以实现能耗的“自给自足”，甚至可以向厂外输出能量(电能、热能). 有大量的理论依据证明，未来的新型污水处理厂不应是能源的消耗者，而应成为能源的供应方[6]. 然而传统的污水处理工艺以耗能供氧来去除COD，使得污水中所蕴藏的大量化学能和热能远未被提取和利用，有悖于碳中和的发展理念. 因此，对污水处理中潜在能源进行回收与利用有着重要的实际意义，对践行低碳发展理念、推进污水处理碳中和运行有着不可估量的作用.

2 污水处理厂中碳减排的措施

针对上述污水处理中碳排放、利用现状以及与碳排放的关系，应充分利用污水中蕴藏的潜在能源(COD)，并以可持续的方式将其转化成CH4或H2等含能载体，将其中化学能利用后再稳定至CO2，最终达到碳减排的目的. 在此基础上，从宏观和微观2个角度开发污水处理厂潜能(COD、太阳能)，并审视污水处理过程的低碳运行策略，研发与应用具有低碳运行潜力的污水处理工艺与技术.

2.1 宏观角度

提升设备能效，优化工艺运行. 污水处理中提升泵房、鼓风机房、内外回流泵和污泥加热设备是主要的耗能节点，其中鼓风机电耗占污水处理厂总能耗的50%～70%[13]，因此高效鼓风机的选择对污水厂的节能降耗尤为重要. 有实例表明，空气悬浮及磁悬浮等高效鼓风机可节约30%以上的能耗[14-15]. 德国Gruneck污水处理厂通过更换高效风机、优化风机性能等措施使污水厂能源自给率由64%提高至约72%，增幅达8%以上[15]. 国内也有相关案例表明，通过对鼓风机进行节能改造，污水处理厂的耗电量明显下降. 我国某市政污水厂用磁悬浮鼓风机替代原有的罗茨鼓风机，年节电达到 3.06×105kW·h，且兼具维护便捷、无须值守及噪声污染小等特点，效益显著[16]. 谢荣焕等[17]对某污水处理厂鼓风机改造(罗茨风机改造为空气悬浮离心鼓风机)前后运行情况进行了分析. 结果表明，改造后风机设备装机功率由1 000 kW下降为900 kW，而出风能力由536 m3/min上升为588 m3/min，节能22%，年节约电费可达100万元.

一直以来，我国城市污水厂处理工艺的曝气、回流等运行环节一般采用固定数值运行，造成一定的能源浪费[11]. 因此，精细化智能控制(电耗、药耗)对污水处理厂的节能降耗也起着至关重要的作用. 研究表明，采用德国Binder公司开发的精确曝气控制系统——VACOMASS可降低25%～30%的曝气能耗[18]. 北京排水集团对鼓风曝气系统及药剂投加系统进行精准控制，节省约10%的曝气能耗、30%～50%药剂投配率；每年可降低电耗1 500万～2 000万kW·h，减排CO2量9 000～12 000 t[3]. 但是精细化智能控制系统在实际工程运行中仍存在一些问题，该系统对气体流量计、水流量计等仪表的精度要求较高；对于精细化曝气系统，若控制系统调节后的曝气量不能与理论需要的曝气量一致，容易造成出水水质不达标. 此外，该系统设备维护的要求也较高. 随着使用时间的增长，仪表可能会出现较大偏差，需要频繁校正，因此对污水厂工作人员的技术要求较高. 综上来看，我国污水处理厂应根据自身运营情况，合理对鼓风机等设备进行改造，确保在对原水厂影响小、费用低、后续节能效果明显的情况下进行改造.

2.2 微观角度

2.2.1 开发污水厂潜能技术途径

2.2.1.1 回收有机能源

随着污水处理规模的增大，副产物污泥产生量不断增加. 据估计，到2025年我国的污泥产量将突破9 000万t[19]. 污泥中富集了大量有机物、重金属等污染物质与氮、磷等营养物质，是一种具有经济潜力的可持续利用资源[20]. 目前污泥主要通过焚烧发电、厌氧消化产甲烷及生物产氢等3种途径进行能源转化[21].

污泥焚烧是指对污泥进行热处理，是最直接、有效实现污泥减量的方式之一[22]，且污泥直接焚烧进行发电的能源转化效率可达80%[21]. 目前国际上应用较多的主要是污泥干化焚烧技术[19]，将污泥进行干化预处理后再进行焚烧，焚烧后的灰渣可以作为建筑材料资源化利用，且可以回收焚烧热量，但是我国还尚未制定污泥干化焚烧的相关标准，其臭气、尾气释放、监测及后续处理等问题急需解决. 另外，焚烧技术对设备、施工工艺要求较高，投资和能耗较大，在实际中应用的实例并不多见. 污泥厌氧消化作为目前最简单、最有效的有机能量转化途径[23]，可将COD转化为CH4，CH4燃烧热值可高达8.4×104kJ/kg[24]，耦合热电联产技术可实现热、电2种能源的回收利用. 目前污泥热电联产技术已应用在我国多个工程项目上，并取得了显著的碳减排效果. 北京小红门再生水厂污泥处理采用厌氧消化工艺，年产沼气1 300万～1 500万m3，可产生电能3 000万～3 300万kW·h. 高碑店等5座污泥处理中心通过逐步完善厌氧消化耦合热电联产技术，预计在2021—2022年沼气产能可替代污水污泥处理全过程18%～20%的电能，每年预计可减少CO2排放约8万t[3]. 当前，厌氧消化的强化技术也是国际上研究的热点，且像热水解预处理、混合基质共消化、分级分相厌氧消化[25]等技术已在实际工程中规模化应用. 北京高碑店及高安屯再生水厂的污泥处理均采用“污泥热水解- 厌氧消化”技术，不仅显著提高了污泥厌氧消化性能，还大大增加了CH4产量[26-27]. 镇江市京口污水处理厂将污泥与餐厨垃圾等有机质协同处理，促进了厌氧消化系统的产气能力，同时也减少了沼气中H2S的含量[28]. 近年来，生物制氢也是国际关注的热点研究领域之一. 污泥厌氧发酵制氢工艺简单，便于操作，并可减少有机废弃物对环境的污染及对化石燃料的使用，具有效率高、能耗低、投资少等诸多优点[22]，但因生物制氢完全是一种自然现象，产氢效率很低，只有理论氢转化率的20%～30%[29]. 此外，虽然H2本身属于一种清洁能源，但从COD中获得H2的同时也会有CO2产生，并非不产生CO2的清洁能源. 且采用污水或污泥的厌氧发酵产氢研究大多停留在实验室小试研究，规模化应用较少. 综合分析，生物制氢途径难以成为行之有效的污泥能量转化的具体工程措施，因此如何实现污泥厌氧发酵产氢的工业化应用是今后应当努力的方向.

然而，就污水中蕴含的潜能而言，传统剩余污泥厌氧消化虽然可以回收有机能量(CH4)[30]，但其能源转化率较低. 据能量平衡计算可得，进水COD为400 mg/L的市政污水在完成脱氮除磷后，产生的剩余污泥经中温厌氧消化产CH4后热电联产(combined heat and power,CHP)，仅有14%的理论化学能可实现回收[31-32]，约合0.20 kW·h/m3(污水)电当量. 如果污水处理能耗为0.40 kW·h/m3(污水)，理论上进水COD应达到800 mg/L才能满足碳中和目标. 但我国市政污水COD普遍偏低(200～400 mg/L)，若仅仅采取污水所蕴含的化学能作为污水处理厂唯一的有机能源回收方式，仅能满足50%甚至更低的能源自给率. 因此，要想实现污水处理碳中和运行，仅仅依靠回收污水中的化学能不太现实，需要寻找有机能源之外的其他潜能.

2.2.1.2 回收利用污水中余温热能

污水中亦蕴藏着巨大的余温热能，约为污水中化学能的4倍[15]，占城市废热排放总量的15%～40%[33]. 据日本东京都下水道局计算，如果东京的污水量以500万m3/d计算，其年均热能高达37亿kW·h的发电量，可供40万户家庭全年开设空调[34]. 污水处理厂热能利用的主要方式是通过污水源热泵技术提取污水中的余温热能，目前国内已建成多个污水源热泵系统并投入使用. 污水源热泵技术流程见图2. 国内外污水处理厂热能应用情况见表1. 污水源热泵充分利用了污水四季温度变化小、流量稳定等特点，对低位热能进行回收，其贮存的大量热能被公认为是可开发的清洁能源[37]. 但污水中热能属于低品位能源，回收利用受距离的限制，热量有效输送半径仅为3～5 km[33]，目前只能向污水处理厂内或其周边建筑、工业园区等场所供冷或供热. 国内实例研究表明，沈阳北部污水厂周边区域建筑冬季供暖改用污水源热泵供暖之后，一个采暖期可以减少燃煤量7.1万t，SO2减排727 t，烟尘减排533 t，CO2减排14万t[38]. 周志平等[39]通过对长沙市污水中可利用能量的计算分析，发现若按照利用60%的城市污水来计算，对CO2、SOx、NOx、粉尘等4种污染物的减排量很大，其中CO2的减少量最大，在制冷情况下削减量达到111 463.8 kg/d；在供热情况下，达到287 846 kg/d. 北京排水集团也积极推广水源热泵的开发与利用，在北京高碑店再生水厂、小红门再生水厂、清河再生水厂、酒仙桥再生水厂、高安屯再生水厂、北小河再生水厂等11座再生水厂，均应用了污水源热泵. 在2016—2020年，上述水厂累计供热量高达530万GJ，累计节约天然气约1.6亿m3，年供热量为106万GJ，年节约天然气3 180万m3，为集团内外共计160万m2范围提供供暖及制冷服务[3]. 污水源热泵技术的合理应用能够有效回收与利用污水中蕴藏的巨大热能，实现碳中和运行的比例可达到487.63%，将污水处理厂由传统的高耗能单位变为供能单位[35]，对提高能源有效利用效率，实现污水处理厂低碳运行具有重要的意义.

图2 污水源热泵技术流程图[35]Fig.2 Technical flow chart of sewage source heat pump[35]

表1 国内外污水处理厂热能应用案例

2.2.1.3 利用太阳能及风能等可再生能源

利用风能、太阳能等可再生能源发电也可提高污水处理厂的能源自给率. 因一般污水处理厂海拔较低，所以难以实现风力发电. 对于具有较大占地面积的污水处理厂可利用太阳能发电以提高能源自给率. 目前，我国采用太阳能发电的污水处理厂仍处于探索阶段，部分企业尝试在初沉池、 曝气池、清水池等构筑物上方铺设太阳能板，在实现清洁发电的同时，也能除臭和保温. 北京排水集团在小红门、清河、酒仙桥3座再生水厂利用太阳能发电，年均发电量2 400万kW·h，可降低CO2排放约1.45万t. 近年间，北京排水集团将进一步扩大铺设太阳能板范围，预计年发电量达1 800万kW·h，每年可降低CO2排放约1.1万t[3]. 上海白龙港污水处理厂计划在生化池上方铺设太阳能板，设计年均发电量约为1亿kW·h，预计年均25%的总用电量可实现绿色能源替代[3]. 但太阳能发电一次性投资比较大，且后期维护成本高[40]，对于建设费用充足、运营水平高的污水处理厂而言，不失为一种清洁高效的能源供应方式.

2.2.2 低碳工艺的研发与应用

目前，单一的污水有机污染物去除处理已无法适应现代化发展要求，大多数采用传统活性污泥工艺的污水处理厂均以“达标排放”向“能源和资源回收”革新转变. 短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、短程反硝化耦合厌氧氨氧化、反硝化除磷等具有巨大低碳运行潜力的可持续处理工艺已成为日益盛行的污水处理工艺.

2.2.2.1 可持续脱氮技术

图3 短程与传统硝化/反硝化脱氮途径Fig.3 Partial nitrification and traditional nitrification/ denitrification

图4 SHARON-Anammox相结合的自养脱氮 工艺流程Fig.4 Process of SHARON-Anammox combined autotrophic nitrogen removal

图5 短程反硝化耦合厌氧氨氧化与传统硝化/反硝化脱氮途径Fig.5 Partial denitrification coupled with Anammox and traditional nitrification/denitrification

表2 可持续脱氮技术比较

2.2.2.2 反硝化除磷工艺

反硝化除磷利用兼性反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus removing bacteria,DPB)将传统意义上彼此独立的脱氮除磷过程有机结合在一起，实现了同步脱氮除磷[53]. 在反硝化除磷过程中，细胞中的储能物质PHA不仅是反硝化脱氮的碳源，也是过量吸磷的碳源[54]，达到了“一碳两用”的目的. 因此，与传统的脱氮除磷方法相比(两者对比详见图6)，反硝化除磷工艺可以节省约50%的COD和30%的O2[55]，相应减少50%的剩余污泥量. 目前单污泥系统的代表性工艺——BCFS工艺[56]，已应用于工程实践当中. 郝晓地等[57]以荷兰某污水处理厂为例，通过数学模拟技术进行对污水处理过程中耗能和产能潜力情况进行分析，结果表明BCFS工艺中反硝化聚磷菌在同步脱氮除磷过程中能够节约53%～59%的COD，增加CH4产量154%～274%，使得能量以及曝气量等能耗相应减少104%～119%，且降低16%～21%的CO2排放量[57]. 常飞[58]采用BCFS工艺进行中试研究，以南京某污水处理厂初沉池出水为实验进水，发现反硝化除磷率均在75%以上，平均达78.9%，并且在大幅度提高出水水质的同时，也适当地降低了处理能耗. 但因硝化菌、聚磷菌、反硝化菌种共存于同一活性污泥中，不可避免地存在不同功能菌群间的生境矛盾，使得反硝化除磷效率难以大幅度提高[59].

图6 反硝化除磷与传统反硝化和除磷过程[55]Fig.6 Denitrification phosphorus removal and traditional denitrification and phosphorus removal process[55]

3 国内外污水厂中碳中和运行技术应用实例

3.1 美国希博伊根(Sheboygan)污水处理厂

美国污水处理厂年能耗占社会总能耗的3%，是耗能最大的公共设施[15]. 为了实现污水处理能源自给自足、资源可持续利用等目标，美国水环境研究基金(Water Environment Research Foundation,WERF)表明，至2030年美国全部污水处理厂均须实现碳中和运行[64]. 美国希博伊根污水厂率先开始了碳中和运行的实践，通过开源和节流的双重举措进行了一系列的节能改造，为其他污水处理厂提供了宝贵经验.

希博伊根污水厂建于1982年，最初采用传统活性污泥法工艺. 后为实现脱氮除磷，在原有活性污泥法的基础上增加了生物营养物去除(biological nutrient removal,BNR)单元. 为达到污水处理可持续性和能源独立的目标，该水厂后来又进行了一系列的节能降耗改造，形成了以A/O法为主流工艺，并结合剩余污泥水解- 酸化、混合基质厌氧共消化、污泥浓缩等工艺为一体的工艺[64]，具体工艺流程见图7.

图7 希博伊根污水处理厂工艺流程[64]Fig.7 Process of Sheboygan wastewater treatment plant[64]

基于“威斯康辛聚焦能源”项目“能源零消耗”的运行目标和实施计划，希博伊根污水处理厂于2002—2011年间，开展了一系列的能源回收计划，增设12台30 kW微型燃气轮机和4台热回收处理设备，到2012年，该厂可利用热电联产技术产电16 800 kW·h/d、产热16 120 kW·h/d，约能抵消污水厂耗电量的90%、需热量的85%，基本上实现了能源自给自足[64].

此外，该污水厂自筹资金近110万美元，进行了一系列节能升级改造和运行优化，更新了水泵、鼓风机等机械设备，更新后分别节能20%和13%，并安装气流控制阀(节能17%)，更新消化池加热设备，升级智能控制系统(programmable logic controller,PLC)、监视控制和数据采集系统(super visory control and data acquisition,SCADA)等，大大降低了能耗. 到2013年希博伊根污水处理厂已实现了产电量与耗电量比值达90%～115%、产热量与耗热量比值达85%～90%，基本接近碳中和运行目标. 希博伊根污水处理厂的工艺十分值得国内污水处理厂借鉴，对于污泥的能源化处理不但可以有效缓解我国污泥处置困难的状况，还可以缓解化石能源消耗的压力，使得对环境的影响大大减少.

3.2 芬兰Kakolanmäki污水处理厂

Kakolanmäki污水处理厂于2009年1月1日建成并投入运行，其位于芬兰重要工业基地图尔库市，该市计划至2029年全面实现碳中和目标，不断提高可再生能源使用比例. Kakolanmäki污水处理厂将能源利用和热能回收有效结合，成功转型为“能源工厂”，其能源利用方式可让图尔库市的可再生能源供热比例从22%提高至30%[65].

Kakolanmäki污水处理厂采用传统活性污泥法A/O工艺，剩余污泥随O段排出，进入初沉池，将初沉池作为AB法的A段，吸附部分溶解或胶体状COD，与初沉污泥混合一并排出，通过无害化处理、堆肥、厌氧发酵等环节产生沼气进行热电联产用于该地区供暖/制冷和电力，部分处理后的污泥被加工为肥料制剂或用作土地改良剂，工艺流程见图8. 经核算，该厂污泥产沼气加CHP过程产生的能量(21.9 GW·h/a)足够满足污泥处理加热、搅拌及运输等过程的能源消耗量(14.2 GW·h/a)，且有7.7 GW·h/a的能量盈余可以另作他用，同时实现了资源、能源回收和污泥稳定化、减量化的目标. 此外，Kakolanmäki污水处理厂采用污水源热泵技术，以该厂二级出水为热源回收污水余温热能，每年的制热输出量高达2 000多万kW·h，能为当地近15 000户家庭进行供暖(占图尔库市供热量的14%)，制冷输出量为200万kW·h，能够满足图尔库市90%的制冷需求，每年可为该市减少8万t的碳排放[3].

图8 Kakolanmäki污水处理厂工艺流程Fig.8 Process of Kakolanmäki wastewater treatment plant

经测算，Kakolanmäki污水处理厂平均耗电总量为35.23 GW·h/a，而通过热电联产和回收余温热能等方式回收能源的总量(热能+电能)高达225.58 GW·h/a，在运行能耗的6倍之上[65]. 其中，回收的余温热能为产生能量的主要来源，占全部产能的比例高达90%，由于余温热能的回收利用，该厂不仅实现了能源中和，还使得碳中和率高达333%[66]. Kakolanmäk污水处理厂的工艺十分值得国内污水处理厂借鉴. 经核算，北京高碑店污水处理厂的理论潜热为Kakolanmäki污水处理厂的8倍[66]，由此看来，国内污水处理厂具有很大的余温热能回收潜力，我国应充分意识到污水余温热能回收利用的重要性，重点推广污水源热泵技术或其他合理的热能利用方式，并协调政府部门与其他行业的运营，使污水处理厂实现能源回收利用及碳中和运行.

3.3 国内污水处理厂面向碳中和的探索及初步成效

美国、芬兰、奥地利等国家通过一系列开源和节流等措施，在能源回收、水资源再生等方面取得了一定成效，不断出现碳中和成功应用的案例，我国的污水处理厂也充分借鉴其成功经验，不断践行国际上低碳绿色发展的先进理念，集中应用已经或即将工业化的全球先进污水处理技术，朝着资源化、能源化、低碳化的方向发展.

睢县第三污水处理厂是中国首座按照概念厂“水质永续、资源循环、能量回收、环境友好”4个追求建造的污水处理概念厂. 概念厂采用高温干式厌氧发酵技术，协同处理污泥、畜禽粪便、秸秆及水草，既解决了困扰污水厂污泥处置利用问题，又帮助当地政府解决了畜禽粪便的点源污染难题，且有效回收了有机废弃物中的生物质能. 产生的清洁能源(沼气)可通过热电联产技术对厂区进行供电和供热，产生的电量已可满足厂区20%～30%的能耗[67]. 虽然仅实现了20%～30%的碳减排，但相比我国传统污水厂，已经取得了较大突破，对国内污水处理碳中和事业的发展也起到了推动作用. 目前，江苏宜兴市正在兴建概念厂2.0版本，预期能量自给率可达到85%[68]. 北京排水集团也于2021年7月份发布了碳中和规划与实施方案，计划到2050年，实现近零碳排放. 并计划从提高新能源和可再生能源的消费量以及降低能源消耗强度两方面入手，逐步实现新能源和可再生能源比重从2020年的6%提高到2050年的80%以上，处理每立方米污水电耗较2020年下降10%以上，逐步向国际领先水平迈进[69].

4 结语及展望

随着碳中和目标的推进，未来污水处理应以节能降耗及能源资源回收为目标，在污水处理过程中应不断开创和完善低碳运行技术手段，以不断接近碳中和的目标.

1) 在宏观运行层面，污水处理厂的低碳运行可以从曝气系统改造、合理回流、精准适量投药等节能措施入手，例如可采用高效节能的空气悬浮和磁悬浮鼓风机，精细化智能控制系统、水质水量在线监测技术，从而实现精准曝气，合理控制回流，最终降低污水处理能耗.

2) 在微观机理层面，应积极研发并应用将剩余污泥转化为能源的适用性技术以及具有“低碳”潜能的工艺，并开发像风能、太阳能等可再生能源. 例如，可采用短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、短程反硝化耦合厌氧氨氧化、反硝化除磷等低碳工艺实现氮磷的去除，通过厌氧消化- 热电联产、污水热源泵、太阳能板发电等形式来开发污水潜能，从而实现污水厂“能源自给自足”.

3) 我国未来的污水处理厂也应充分借鉴国内外污水处理厂碳中和应用成功的经验，以利用污水中有机潜能和研发低碳新工艺为核心，以提高设备能效、优化工艺运行方式为手段，实现污水处理低碳运行，直至最后达到或接近碳中和的终极目标.