21世紀污水處理展望
——活性污泥處理技術的進步助推能源利用效率的提高與資源回收
19世紀，快速的城鎮化與工業化引起了環境惡化和疾病傳播。為了應對這種局面，前人開展了大量的研究工作，這在一定程度上促進了衛生技術的發展。比如活性污泥法的誕生，在活性污泥法一百年之際，該工藝技術仍然被視為當今污水處理的核心技術。活性污泥是污水中的惰性固體結合污水中可生物降解底物生長的微生物群所組成的混合物。當時，污水處理廠內污泥的處置與循環操作技術是由Ardern 和 Lockett發明的。
當前，人口迅速增長和社會可持續發展的需求推動著污水處理領域的新技術發展。這些新技術有兩個主要的推動力：常規污水處理工藝的改進和資源回收技術的進步。
同上世紀相比，人類平均壽命相對延長，這背后的主要因素就是人類飲用水質的提高，而這離不開活性污泥法的貢獻。同時，該工藝將人類活動對環境造成的影響最小化。本質上，污水處理是相對低成本的處理過程（在荷蘭，人均成本50-70歐元每年），污水處理廠只需消耗有限的能源（人均＜7瓦）；主要的限制因素在于大量的前期投資（通常在20年內收回成本）和場地要求（主要是運用重力沉降實現絮狀活性污泥與出水的分離）。現在，研究人員又對分離技術有了一些新的嘗試，例如膜分離技術已經取得了技術性的成功，但是額外的能源消耗和建設成本阻礙了該技術的推廣。
活性污泥中微生物群落形態的形成是一個復雜的過程，囊括了微生物、化學和物理過程的相互作用。最近幾年，工程師通過改變微生物結構，使污水中的細菌形成顆粒污泥，代替原來的活性污泥。這種形式的污泥可以使混合液的分離過程更加簡潔，并且可以將分離過程整合到反應器中，從而大幅地減少污水處理廠對場地的要求和成本的開銷（場地減少75％，成本減少25％）。
活性污泥法是基于一個復雜的微生物生態過程，污水和微生物在不同的氧化還原條件下有著不同的反應池。通過當代基因工具，人類對于有機C、N和磷轉化細菌的相互作用有了新的認識，從而使得污水處理技術的流程設計更加合理。除此之外，在顆粒污泥技術中，反應過程被整合于污泥顆粒內。顆粒內，在不同的氧化還原條件下，化合物的運輸通過擴散過程實現，而不是原來的通過泵來實現對于污水和活性污泥在不同反應器之間的運輸，此舉可將能源消耗最小化。
活性污泥污水處理過程可通過封閉循環周期，實現對于水、能源和化學物質等資源的回用。隨著全球人口數量的增長，對于資源的需求也更加緊迫，資源回用變得更加重要。通過有效的污水處理，即生物膜技術的運用，可以實現水資源的回用。同時，可通過利用其它水資源以減輕社會水資源的壓力，例如，將收集的雨水或者海水用于廁所沖水。從污泥中以生物氣的方式回收能源的想法，自活性污泥工藝早期便開始試驗。19世紀70年代，一種高效的、兩階段的活性污泥工藝問世，該技術以生物氣的方式實現了能源回收的最大化。但是由于其對有機碳的要求，該技術后來被擱置起來。最近，隨著厭氧氨氧化技術的進步，不僅使污水處理廠產能化成為可能，同時該技術還能有效去除污水中的營養物質。
雖然目前關注較多的是污水處理過程中能源的回收與生產，但污水和污泥的資源回收亦不應被忽視，這對于發展可持續社會顯得更加重要。從污水中回收磷的技術正逐漸得到廣泛認可，同時從污泥中回收有價值資源的技術也在不斷涌現。例如，木質纖維的回收，生物塑料的生產，高分子聚合物的合成等。目前的研究結果表明，這些新興產品可以實現規模化的生產，并且生產成本符合當前的市場需求與價格。
在高收入的工業化國家，污水處理設施覆蓋率較高，基本上處理水平也都較高（C\N\P的去除），相比之下，發展中國家和轉型中的國家污水處理設施覆蓋率總體上較低（不超過10％）。在這些地區，傳統的集中式活性污泥系統（CAS）和分散式處理技術相互競爭。模式化的CAS設計（大多考慮懸浮固體與有機碳的去除）并未考慮到當地不同的條件，例如污水特征和溫度。同時，在CAS系統下，不能有效處置大量的剩余污泥和缺乏有經驗的操作員也限制了其運用。
在發展中國家，未能成功運用CAS系統主要是由于政府責任機構行政能力不足。然而，這些國家大多數地區都有著較一百年前歐洲和美國更高的經濟和技術水平。隨著公共健康和社會生產力的不斷提高，這一切對于衛生領域長期的投資是有利的。成本收益結構的搭建和適當的基礎設施資產管理是活性污泥技術成功運用的先決條件。
為解決這些問題，需建設更小、更簡單的分散管理系統，從而降低成本（例：厭氧處理或者好氧顆粒污泥對機械設備要求更少）；加強資源的回收（高溫有助于生物氣、營養物質和水資源的回收）。納米比亞的Windhoek Goreangab廠便是一個很好的例子，他們成功研發了從處理污水中開拓生產飲用水，日生產量可達21000m³。這個例子表明，高級處理技術結合正確的政府管理是可以成功在發展中國家中運用的。
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