不断发展的废水基础设施范式，以增强与自然的和谐-九游会老哥俱乐部登录

在维持生态系统的同时满足人类不断增长的需求是一项长期的挑战。 升级城市废水基础设施就是一个很好的例子，因为到2050年，预计将有近70％的世界人口生活在城市中，并且随着城市的持续发展，扩大废水服务系统的压力和不良影响将会增加显著。 自20世纪初以来，废水处理已得到实施，改进和优化，以确保水生系统的安全并最大程度地降低对人类健康的风险。然而，在过去的几十年中，越来越多的人对废水处理设施的历史方法的意外影响产生了担忧。 自然资源，特别是化石燃料，在去除水污染物中被消耗掉，并伴有温室气体的排放。 仅在美国，废水处理厂（wwtp）就使用了将近3.4％的发电量（15 gw），这是该国第三大用电量。 在一个典型的美国城市中，废水处理最多可占公用事业总能耗的24％。 此外，在美国，2010年至2015年期间，污水有机物的降解可归因于0.6千兆吨（gt）-1年的co 2排放。 这个量相当于全球排放量的1.5％，预计到2050年将达到1.0 gt年-1 。

然而，在不断发展的社会经济环境中，相同的水和空气污染物可被视为宝贵的回收资源。 例如，有机物可用于产生足够的能量来运行污水处理厂。 每年约有300万吨的-1磷作为人类废物流失，而通过回收这种废物中的磷可以满足全球磷酸盐需求的约20％。 此外，n 2 o是包括汽车相关工业在内的许多应用中的常见能源，在这些应用中，co 2可以被捕获并合成以用于生物质生产。

废水资源管理已经引起了更多关注，并被纳入联合国（un）的可持续发展目标（sdgs）中。 尽管有很多机会，但要实现废水系统从仅注重污染物去除到注重资源回收的过渡并不容易。 部分原因是新兴概念和方法是旨在提供更广泛利益的复杂集成系统的组成部分，其中包括水的再利用，营养物质循环利用和能源生产等，而现有基础设施范式并未针对这些多重目的进行设计心里。 此外，废水服务系统通常是孤立运行的，仅依靠技术来解决问题，而无法解决传统工程范围之外的那些因素。

当前，城市化和经济活动的迅猛发展迫使城市地区增加废水处理服务。 由于许多废水基础设施元素的使用寿命为50至100年，甚至更长，因此，今天做出的决定具有长期影响，因此，必须基于未来而不是当前或过去的情况。 为了实现增强可持续性的潜力，该行业需要对废水管理的方法和假设进行根本性的改变，包括创建急需的新建废水系统。 因此，我们举例说明了一种精致的方法，该方法整合了多种选择，可以将废水中的污染物作为资源（称为repure基础设施）进行再利用，具有以下主要特征：（i）重新利用水性材料（有机物，氮和磷等）物质）以实现污染控制，资源捕获和最终产品的最终使用； （ii）运用可持续发展理念取代仅专注于系统设计技术方面的传统工程方法； （iii）考虑生态系统，以在系统级别上利用自然系统的功能。

为了测试这种方法的可行性，我们在传统和新兴概念的基础上，将repure概念应用于废水中的碳（c），氮（n）和磷（p）的重新利用，以实现更高的资源效率 。废水资源回收的方法。接下来，我们应用严格的动态过程建模（dpm）方法来构建示例repure场景的系统特征，然后考虑多级参数的变化和不确定性来测试过程配置的技术可行性。 此外，我们使用了物质流分析（sfa）工具来获取汇总数据，并可视化整个系统的资源收集模式和损失。 最后，我们使用了概率生命周期评估（lca）方法来跟踪和评估所选方案的可持续性，并概述了在现实环境中未来废水服务协议的途径。