污水處理行業一切創新的來源是發現問題，只有能發現問題才可能創新！在碳中和趨勢下，現有的污水處理技術和方法存在哪些問題？未來的污水處理技術應解決哪些痛點？北控水務集團運營管理中心污水管理部魏彬經理在“北控水務杯“第四屆”互聯網+“生態環境創新創業大賽“產業前沿”系列講座（第二講）中做了題為“碳中和趨勢下污水處理節能降耗技術需求解讀”的分享，對污水運營管理方向的發展歷史、趨勢和前景，碳中和背景下的技術需求，典型節能降耗與資源回收技術等進行了詳細闡述。
    污水來源：污水受一定污染的來自生活和生產的排出水。

    生活污水是人類在日常生活中使用過的，并被生活廢料所污染的水。其水質、水量隨季節而變化，一般夏季用水相對較多，濃度低；冬季相應量少，濃度高。生活污水一般不含有毒物質，但是它有適合微生物繁殖的條件，含有大量的病原體，從衛生角度來看有一定的危害性。
    工業廢水是在工礦生產活動中產生的廢水。工業廢水可分為生產污水與生產廢水。生產污水是指在生產過程中形成、并被生產原料、半成品或成品等原料所污染，也包括熱污染（指生產過程中產生的、水溫超過60℃的水）；生產廢水是指在生產過程中形成，但未直接參與生產工藝、未被生產原料、半成品或成品等原料所污染或只是溫度少有上升的水。生產污水需要進行凈化處理；生產廢水不需要凈化處理或僅需做簡單的處理，如冷卻處理。生活污水與生產污水的混合污水稱為城市污水。
    初期雨水：被污染的雨水主要是指初期雨水。由于初期雨水沖刷了地表的各種污染物，污染程度很高，故宜作凈化處理。
    水體受污染的原因：人類生產活動造成的水體污染中，工業引起的水體污染最嚴重。如工業廢水，它含污染物多，成分復雜，不僅在水中不易凈化，而且處理也比較困難。
    工業廢水，是工業污染引起水體污染的最重要的原因。它占工業排出的污染物的大部分。工業廢水所含的污染物因工廠種類不同而千差萬別，即使是同類工廠，生產過程不同，其所含污染物的質和量也不一樣。工業除了排出的廢水直接注入水體引起污染外，固體廢物和廢氣也會污染水體。
    農業污染首先是由于耕作或開荒使土地表面疏松，在土壤和地形還未穩定時降雨，大量泥沙流入水中，增加水中的懸浮物。
    還有一個重要原因是近年來農藥、化肥的使用量日益增多，而使用的農藥和化肥只有少量附著或被吸收，其余絕大部分殘留在土壤和漂浮在大氣中，通過降雨，經過地表徑流的沖刷進入地表水和滲入地表水形成污染。
    城市污染源是因城市人口集中，城市生活污水、垃圾和廢氣引起水體污染造成的。城市污染源對水體的污染主要是生活污水，它是人們日常生活中產生的各種污水的混合液，其中包括廚房、洗滌房、浴室和廁所排出的污水。
    世界上僅城市地區一年排出的工業和生活廢水就多達500立方公里，而每一滴污水將污染數倍乃至數十倍的水體。
    低碳節能與資源利用是碳中和背景下的新需求
    魏彬老師以某一級A標準污水處理廠為例對污水處理技術進行了總體介紹，概括了物理、化學、生物處理技術①在多級水處理中的功能，落實到具體處理工藝②和工程，各級各類技術需針對不同污染物和不同污染情況，依據實際情況進行應用和改進。在碳中和背景下，不但要追求低碳，更要建立碳生態，實現富余碳源的利用，同時，也要關注N2O等溫室氣體產生情況，為碳中和的目標實現進行技術改進和革新。
    機理研究和管理邏輯優化是滿足碳中和背景下技術需求的關鍵
    問題的解決離不開正確精準的認知。通過不同過程中關鍵因素的識別，探究和深化不同反應過程中的控制機理，從而實現碳源利用的目標。魏老師介紹了脫氮除磷過程中實現的共用碳源的例子：生物除磷的本質是能量的轉化，碳源只是產生能量的燃料，氧化劑可以多樣化，因此可以與脫氮過程共用碳源，實現低碳節能。此項工藝提出離不開對反應機理過程的準確把握，這也是技術創新的關鍵。同時，技術發展需要不斷深化對處理過程的理解，例如傳統教科書對一些水處理過程中厭氧條件的定義，已不符合實際工藝和內在機理。實現碳中和的技術升級，需要準確把握反應過程，不斷深化機理認知。縱觀污水處理技術的發展，其實也是對內在反應機理的一步步探究，往往對一個關鍵因素的改變就可以推動一種工藝的快速發展。
    除了技術創新，管理創新也是極為重要的部分，污水運營管理不再是隨意性的“讀讀書、看看報、曝曝氣、排排泥”，已經到了智能控制和精準管理的階段, 管理目標從低成本低標準轉變為低成本高標準，通過管理實現技術效益的最大化，向著碳中和、資源化、智慧化的方向前進。
    污水處理廠實現碳中和面臨的痛點
    1、總氮總磷的高標準排放與碳源的嚴重不足
    中國的污水水質特點與排放標準存在一定程度的不協調。總氮總磷的標準很高，但是碳源很缺乏。污水中碳源總量，連實現脫氮除磷都尚顯不足，再分出碳源進行厭氧消化或產生能量是不現實的。
    2、排水系統中化糞池產生大量溫室氣體同時消耗碳源
    生活污水進廠前在化糞池中停留了過長時間（10余天至1個月），導致厭氧產甲烷等反應充分進行，大量碳源消耗，并產生大量溫室氣體，進一步導致進場水碳源不足，致使后端處理需補加碳源，與碳中和理念矛盾。但由于政策原因及配套排水管網問題，這一矛盾并不容易解決。
    工業水進末端污水處理設施前，由于工業水排放標準對COD要求較高，對TN要求較低甚至不要求，導致上游大量采用好氧曝氣工藝，浪費大量能源同時把最好的碳源消除掉了，把難降解COD和TN留給了末端污水處理設施，到了末端污水廠還要再外加碳源解決TN，采用高級氧化解決難降解COD。這也是上下游不協同帶來的雙重浪費，也非常不利于實現污水處理行業的碳中和。
    3、重金屬問題帶來的污泥資源化利用困惑
    從生態循環角度出發，植物通過吸收土壤中的氮磷元素合成有機物進入食物鏈循環，通過人類消耗，最終回到污水廠，進入污泥中。一個完整的循環需要污泥中的氮磷重新回歸農田、土壤，成為肥料。而實際處理過程中，大量污泥中的氮磷無法得到有效利用，只能填埋或焚燒，而不得不通過向農田中施加化肥以補充循環中損失的氮磷，也造成了雙重浪費。
    而導致污泥無法再利用的主因，是大量工業廢水排放使污水中重金屬含量增高，進而導致污泥重金屬含量過高而無法進行農業利用。若可通過政策實現工業廢水與生活污水的有效分離，則有望解決上述問題。