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全國目前約有78%的城鎮河段不適宜作為飲用水源，50%的城鎮地下水受到污染，在缺水的城鎮中60%~70%是水質型缺水，飲水安全保障程度低。造成水污染的主要原因是生活污染加劇、工業污染向農村轉移、面源污染加重。
隨著供水需求量的增加，“新國標”對水質要求提高，因此，提高凈水技術，改造供水工藝和設施是污水廠老設備所面臨的挑戰。然而，污水處理能力升級，不僅僅是提高去除污染物的能力，而是改變新思路，更應該在節能、資源回收、環境友好方向上發展。

傳統的A20法(厭氧-缺氧-好氧法)、氧化溝法或者SBR法(序批式活性污泥法)在污水處理上發揮了重要作用。同時，一些新技術比如雙膜法、源分離技術、厭氧氨氧化技術等都在概念上和工藝上對傳統的活性污泥法提出了挑戰。
新式的污水處理廠在美國和新加坡早已實行，上世紀60年代，美國提出具有超前思維的“21世紀水廠”概念，將污水處理標準提升至飲用水級別，對行業發展產生深遠影響；新加坡開發了Newwater工藝，通過傳統的生物處理加雙膜法，實現了從污水到飲用水的深度回用，帶動了新加坡水業的跨躍式發展，使其一躍成為世界性水務中心。

新式污水處理廠與傳統污水處理廠的不同，在于更強調對污染物的削減作用，同時統籌考慮資源回收、能量轉化、有害有毒污染物去除。污水中潛在的能量是處理它所需要能量的10倍，如果能將這些潛在能量加以利用，市場前景將十分巨大。轉向新的理念，使物質能夠資源化、能源能夠自給，這是污水處理發展的必由之路

美國城鎮污水處理電耗占全社會總電耗的3%，以色列為10%，中國城鎮污水處理電耗已突破100億kWh。全球每日產生的污水潛能相當于1億噸標準燃油的能量。一些地區部分污水處理廠能源自給率可達到60%以上，甚至完全自給。奧地利Strass城市污水處理廠，采用A/B兩段生物處理法，處理規模為25000m3/d，1996年就達到能量自給率49%，2006年就達到108%。
從國際經驗來看，中國是世界上唯一一個10年內污水處理量翻番的大國。10年后我國的污水處理量將與美國污水處理能力相當。如果達到同樣的處理量和現有水質的話，使用的電能又將是多少？如此巨大的電能消耗將給環境、資源造成巨大的負擔。實現能量、水、營養物回收可以構成三位一體的發展模式，這樣可以回收和節省大量能源和資源。新式污水處理廠要合理利用有機物富含的碳源，建立新工藝、新技術、新裝備以及創新運營方式來實現能源自給。

中國的污水處理概念廠有4方面的追求，即追求水資源可持續循環利用、追求提高能源自給率、追求物質合理循環、追求環境友好。而這4個追求也影響到概念廠核心技術的應用。

哪些技術在污水處理概念廠的建設中是核心技術？新式污水處理廠的建設應該是系統集成，是概念、技術、管理、運行、控制的集成，因此，智能化在概念廠的建設過程中尤為重要。同時，能量轉化、資源回收和水質保障技術將是廠建設的核心技術。

新式污水處理廠對技術設備都提出了更高的要求，預計其建設費用應該至少是現在一般污水處理廠的1.5倍左右。但是如果能做到能源自給自足、運行控制能耗良好，則運行費用一定會低于現在的污水處理廠。