污水處理中的水處理系統(tǒng)
 
隨著世界人口、城市化以及新興生產(chǎn)與消費(fèi)模式的快速發(fā)展，全球用水需求急劇上升，污水產(chǎn)生量亦與日俱增。截至目前，世界上仍有 80% 的污水未得到妥善處理而排放。
顯然，污水處理已成為當(dāng)今世界面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。自 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初“集中式污水處理”理念提出至今，污水處理在水污染控制、保障公共衛(wèi)生與健康等方面發(fā)揮了重要的作用。然而，越來越多的實(shí)踐證明，現(xiàn)有污水處理技術(shù)在滿足污水達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，存在著問題轉(zhuǎn)移等諸多弊端。
 
一般而言，作為一項(xiàng)工程設(shè)施，污水處理系統(tǒng)的服務(wù)周期大概為 50 至 100 年，甚至更長時(shí)間，因此目前管理者所做的任何決策都將對未來的污水基礎(chǔ)設(shè)施及其效應(yīng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。傳統(tǒng)思路對待水污染物，考慮的是如何組合不同凈化技術(shù)而將污染物從水中移除或降解，進(jìn)而保障水環(huán)境的健康可持續(xù)。然而，在這一過程中，也會直接或間接的衍生出其他不容易察覺卻至關(guān)重要的環(huán)境影響。
 “通過研究我們發(fā)現(xiàn)，隨著污染物去除要求的不斷提高，污水處理工藝的流程越來越復(fù)雜，需要投入大量的動力消耗和化學(xué)藥劑，才能滿足日趨嚴(yán)格的污水處理標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，污水處理過程中還會伴隨例如氧化亞氮、甲烷等溫室氣體的產(chǎn)生與逸散，以及污水污泥的處理處置問題。這嚴(yán)重影響了污水處理的可持續(xù)發(fā)展，拉低了污水處理的整體生態(tài)環(huán)境效益。”
因此，如何解決污水處理過程中能耗高、剩余污泥量大和溫室氣體排放等問題與當(dāng)今節(jié)能減排與生態(tài)循環(huán)等可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略之間的矛盾，成了重點(diǎn)攻關(guān)的方向。
 “該系統(tǒng)以資源循環(huán)利用為導(dǎo)向，兼具水質(zhì)再生、能源自給自足、資源回收與低碳環(huán)保等特點(diǎn)，并引入土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念協(xié)同轉(zhuǎn)化衍生污染物。整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了前沿的可持續(xù)科學(xué)理論為指導(dǎo)，重組了微生物合成代謝過程中的能量和物質(zhì)傳輸模式，讓污水中的有機(jī)物、氮和磷等有用的物質(zhì)以生物合成或者沉淀析出的形式得到轉(zhuǎn)化或者再生，最大化地提高污染物的資源轉(zhuǎn)化效率。
 
主要包括碳源再生系統(tǒng)（SRS）、污水處理系統(tǒng)（PTS）、資源回收系統(tǒng)（RHS）三大模塊。
通過整合水質(zhì)特征、系統(tǒng)效能、物質(zhì)遷移、能量收支與生態(tài)環(huán)境影響等多層數(shù)據(jù)流，開發(fā)出了動態(tài)模擬（DPM）、物質(zhì)流分析（SFA）與生命周期評估（LCA）為一體的可視化方法學(xué)，為污水資源化新體系從概念發(fā)展到工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究新方法。
通過對 REPURE 系統(tǒng)的能量收支分析，系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)需要的能量約 1.4 kWh·m-3，而通過能源載體燃燒獲得的能量可完全滿足整個系統(tǒng)的能量需求，同時(shí)還產(chǎn)出凈能量 0.4 kWh·m-3。
“我們對REPUE 系統(tǒng)進(jìn)行了環(huán)境可持續(xù)潛力評估，證實(shí)了我們一開始的猜想：通過多渠道回收污水以及污水中的污染物，是能夠有效抵消污水處理過程中產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境影響，從而提高污水處理的整體資源環(huán)境效益。”。
污水處理及資源管理的概念，讓污水處理發(fā)揮了更大的作用，同時(shí)引入了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念，利用土壤生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮碳捕獲與生物固肥的作用，提高污染物資源轉(zhuǎn)化與末端利用效率。在未來，基于 REPURE 理念的下一代污水處理設(shè)施，將不再是一個純粹的水廠，它還將身兼再生能源制備、肥料生產(chǎn)與生物精煉等功能，對此我們非常期待。