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污水處理中的水處理系統
 
隨著世界人口、城市化以及新興生產與消費模式的快速發展，全球用水需求急劇上升，污水產生量亦與日俱增。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，污水處理已成為當今世界面臨的嚴峻挑戰之一。自 19 世紀末 20 世紀初“集中式污水處理”理念提出至今，污水處理在水污染控制、保障公共衛生與健康等方面發揮了重要的作用。然而，越來越多的實踐證明，現有污水處理技術在滿足污水達標排放的同時，存在著問題轉移等諸多弊端。
 
一般而言，作為一項工程設施，污水處理系統的服務周期大概為 50 至 100 年，甚至更長時間，因此目前管理者所做的任何決策都將對未來的污水基礎設施及其效應產生深遠的影響。傳統思路對待水污染物，考慮的是如何組合不同凈化技術而將污染物從水中移除或降解，進而保障水環境的健康可持續。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重要的環境影響。
 “通過研究我們發現，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雜，需要投入大量的動力消耗和化學藥劑，才能滿足日趨嚴格的污水處理標準。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生與逸散，以及污水污泥的處理處置問題。這嚴重影響了污水處理的可持續發展，拉低了污水處理的整體生態環境效益。”
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今節能減排與生態循環等可持續發展戰略之間的矛盾，成了重點攻關的方向。
 “該系統以資源循環利用為導向，兼具水質再生、能源自給自足、資源回收與低碳環保等特點，并引入土壤生態系統服務的概念協同轉化衍生污染物。整個系統的設計采用了前沿的可持續科學理論為指導，重組了微生物合成代謝過程中的能量和物質傳輸模式，讓污水中的有機物、氮和磷等有用的物質以生物合成或者沉淀析出的形式得到轉化或者再生，最大化地提高污染物的資源轉化效率。
 
主要包括碳源再生系統（SRS）、污水處理系統（PTS）、資源回收系統（RHS）三大模塊。
通過整合水質特征、系統效能、物質遷移、能量收支與生態環境影響等多層數據流，開發出了動態模擬（DPM）、物質流分析（SFA）與生命周期評估（LCA）為一體的可視化方法學，為污水資源化新體系從概念發展到工藝設計與優化提供了數據驅動的研究新方法。
通過對 REPURE 系統的能量收支分析，系統運行和維護需要的能量約 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的能量需求，同時還產出凈能量 0.4 kWh·m-3。
“我們對REPUE 系統進行了環境可持續潛力評估，證實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生的生態環境影響，從而提高污水處理的整體資源環境效益。”。
污水處理及資源管理的概念，讓污水處理發揮了更大的作用，同時引入了生態系統服務的概念，利用土壤生態系統發揮碳捕獲與生物固肥的作用，提高污染物資源轉化與末端利用效率。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、肥料生產與生物精煉等功能，對此我們非常期待。