概述：污水处理是能耗密集型行业，消耗的能源主要包括电、燃料及药剂等，电耗占总能耗的60~90%。目前，全美大约有16000座污水处理设施，共消耗约1~4%的国家电能，地区间会有一定的不同，总的耗电量是4000万兆瓦/年，美国的平均电价（2009年9月）是7.18美分/kWh，2009年用于污水处理方面的电费约28亿美元。（WERF，2010）。
目前，中国的污水处理厂约3000多座，能耗约占全社会用电量的0.2%左右，随着国家对耗能型大户（钢铁、水泥行业）的控制发展，中国污水处理厂的能耗占全社会的用电量的比例也将逐步和美国的水平接近，污水处理系统能耗占全社会用电量的比例将会不断提高。高能耗一方面导致污水处理成本升高，加剧了当前的能源危机，另一方面致使一些中小型污水处理厂难以运行，污水处理厂的减排效益得不到正常的发挥。
目前，污水在世界范围内被广泛认为是一种可再生能源，污水中所蕴含的能量通常是其处理所需能量的2~4倍（Techobanoglous, 2009），在某些情况下可达到10倍左右，从污水中回收能源可以获得可观的收益。美国预计在2025年，全国电力消耗的25%将由可再生能源供给。
1、前沿生物处理技术
（1）厌氧氨氧化
厌氧氨氧化技术室上世纪90年代发展起来的一种新型高效生物脱氮技术。与传统生物脱氮技术相比厌氧氨氧化技术有诸多的优点：
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可以减少63%的供氧量；
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减少90%的碳源需求；
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污泥产量更低；
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可以减少90%的温室气体排放；
厌氧氨氧化技术在侧流方面的应用已经非常成熟，在欧洲和北美已有数十座污水处理厂采用了这一技术。
目前，国际上由美国的DC Water、Hampton Roads SanitationDistrict (HRSD)以及奥地利的AIZ组成了一个国际性的合作研究团队，该团队主要对厌氧氨氧化技术在主流工艺上的应用进行研究。与侧流不同，主流的水质特点是温度较低，且氮的浓度较低，这对于厌氧氨氧化技术的应用带来了巨大的挑战。
（2） 好氧颗粒污泥技术
传统活性污泥工艺至今已有100年的历史，其占地面积大、能耗高、易污泥膨胀、脱氮除磷设计复杂都是固有的缺陷。好氧颗粒污泥技术的污泥沉降性能好、污泥浓度高、脱氮除磷效果好、能耗低、建设和运行成本都很低。
2、厌氧消化
厌氧消化是一项古老的技术，最早可追溯至1850年。在美国和欧洲的大型污水厂，污泥厌氧消化是常见的污泥处理工艺。在美国16000多座污水处理厂中，大约有25%的污水处理厂采用了厌氧消化技术。厌氧消化的主要目的是为了对有机物实现稳定化、回收能源，并同时实现对臭味、病原菌的一定去除。
污泥厌氧消化典型的能源回收量可以占到污水处理厂所需能量的20~40%，具体的水平取决于处理技术和处理水平。美国的数据表明，厌氧消化产生约0.075m3沼气/m3污水，沼气的含量一般为40~75%，通常是60%，热值可以达到22000kJ/m3。
（1）热电联产
通过热电联产的方式回收沼气中的能源是常见的方式，下表反映的是沼气利用的热能与电能的转化效率，这些技术通常的电能效率是30%左右。在处理规模在8万m3/d的污水处理厂，能量回收的性价比通常是合适的。
通过厌氧消化的方式还可以降低污水处理厂的碳足迹，采用沼气回收发电可以降低污水处理厂碳足迹的20~40%。
（2）厌氧消化预处理
厌氧消化的预处理技术也是提高节能的重要举措，如热水解、聚焦脉冲、超声波等技术。美国DC Water运行着华盛顿的Blue Plain污水处理厂，该厂的处理规模是151万m3/d，是全世界最大的污水深度处理厂。该厂通过污泥热水解、污泥厌氧消化以及热电联产技术将污泥的产量降低了50%，产生了14兆瓦的电能，污泥达到了美国环保局要求的A类污泥标准。
（3）协同消化
在污泥厌氧消化领域，一个明显的趋势是协同消化，协同消化是将餐厨垃圾、油脂等高浓度废物投入厌氧消化池，提高沼气产量。这种技术方式在欧美发达国家已经成为一种成熟的技术，美国加州的EBMUD污水处理厂、艾奥瓦州的Des Moines污水处理厂、纽约州的Gloversville-Johnstown污水处理厂、加州的Inland Empire污水处理厂、威斯康辛州的Sheboygan 污水处理厂都采用了这种技术方式。
3、曝气节能技术
曝气能耗是污水处理厂的主要能耗，通常占污水处理厂总能耗的35~60%，由于曝气能耗所占的比例最高，因此也是节能的关注热点。无论是设计还是运行，曝气供氧量尽可能地接近于实际需氧量是无疑是节能的主要目标，由于污水处理厂的进水负荷以及生物处理工艺的固有特征，曝气的实时控制显得尤为重要，其对节能的影响也是不言而喻的。
曝气节能技术主要包括自动DO控制技术、呼吸速率控制、临界氧浓度控制、尾气分析法等。曝气节能的案例在欧美国家已经非常多，例如美国达拉维尔Kent县污水处理厂的处理规模是6.2万m3/d，通过对曝气系统的自动控制，曝气的能耗降低了50%。
鼓风机是主要的曝气设备，不同类型的鼓风机效率差别较大，下表是各种类型鼓风机的效率。
在曝气器方面，上世纪70年代出现的微孔曝气技术推动了曝气节能技术的发展，微孔曝气技术已经成为污水处理的主流曝气技术。随着材料技术的发展，目前国际上又出现了“超微孔”的曝气技术，这种技术产生的气泡直径约为0.2~1.0mm，主要目的是为了提高氧转移率（OTE），国际上目前Parkson公司和Aerostrip公司生产这种曝气器。
4、太阳能
太阳能是可再生能源，太阳能的运用降低了对化石能源的需求，而且太阳能的碳足迹较低（50g/kWh，煤：950g/kWh），在运行过程中对环境无害。利用1MW的太阳能就意味着减少913吨CO2的排放；太阳能工程可实现模块化，相比火电厂和核电厂，建设速度要快很多。太阳能的利用对现有污水厂的运行影响较小，太阳能的利用容易获得国家相关政策的支持。
但太阳能也有很多缺点，太阳能所需的占地面积较大且仅在阳光充足的地区适合利用，在夜间或气候条件不佳时难以利用，需要临时的储能设备；太阳能发电产生的直流电需要转换为交流电，这一过程会损失能量4~12%左右。
5、水力势能
水力发电技术在世界各地的都有广泛的应用，但在污水处理行业却只有有限的应用，美国马萨诸塞州的鹿岛污水处理厂运用了水力发电，该厂在其排放的入海口安装了大型水轮机，通过这种方式满足了该厂10%的电能需求。
水力发电需要有足够的水头（20米以上）才能产生一定的电能，而且污水中的盐分等会对水轮机叶轮产生腐蚀，日常运行维护的成本也比较高，这些因素都是制约其不能广泛应用的原因。
6、新型节能技术
污水处理厂的节能环节涉及到方方面面，在各个单元都有节能的余地和空间，比如双曲面搅拌器是一种良好的节能搅拌技术，还有脉冲大气泡搅拌技术，用于厌氧消化的线性搅拌器，在污泥热干化、污泥焚烧领域也有一些节能技术，等等。
