全国目前约有78%的城镇河段不适宜作为饮用水源，50%的城镇地下水受到污染，在缺水的城镇中60%~70%是水质型缺水，饮水安全保障程度低。造成水污染的主要原因是生活污染加剧、工业污染向农村转移、面源污染加重。
随着供水需求量的增加，“新国标”对水质要求提高，因此，提高净水技术，改造供水工艺和设施是污水厂老设备所面临的挑战。然而，污水处理能力升级，不仅仅是提高去除污染物的能力，而是改变新思路，更应该在节能、资源回收、环境友好方向上发展。
传统的A20法(厌氧-缺氧-好氧法)、氧化沟法或者SBR法(序批式活性污泥法)在污水处理上发挥了重要作用。同时，一些新技术比如双膜法、源分离技术、厌氧氨氧化技术等都在概念上和工艺上对传统的活性污泥法提出了挑战。
新式的污水处理厂在美国和新加坡早已实行，上世纪60年代，美国提出具有超前思维的“21世纪水厂”概念，将污水处理标准提升至饮用水级别，对行业发展产生深远影响；新加坡开发了Newwater工艺，通过传统的生物处理加双膜法，实现了从污水到饮用水的深度回用，带动了新加坡水业的跨跃式发展，使其一跃成为世界性水务中心。
新式污水处理厂与传统污水处理厂的不同，在于更强调对污染物的削减作用，同时统筹考虑资源回收、能量转化、有害有毒污染物去除。污水中潜在的能量是处理它所需要能量的10倍，如果能将这些潜在能量加以利用，市场前景将十分巨大。转向新的理念，使物质能够资源化、能源能够自给，这是污水处理发展的必由之路
美国城镇污水处理电耗占全社会总电耗的3%，以色列为10%，中国城镇污水处理电耗已突破100亿kWh。全球每日产生的污水潜能相当于1亿吨标准燃油的能量。一些地区部分污水处理厂能源自给率可达到60%以上，甚至完全自给。奥地利Strass城市污水处理厂，采用A/B两段生物处理法，处理规模为25000m3/d，1996年就达到能量自给率49%，2006年就达到108%。
从国际经验来看，中国是世界上唯一一个10年内污水处理量翻番的大国。10年后我国的污水处理量将与美国污水处理能力相当。如果达到同样的处理量和现有水质的话，使用的电能又将是多少？如此巨大的电能消耗将给环境、资源造成巨大的负担。实现能量、水、营养物回收可以构成三位一体的发展模式，这样可以回收和节省大量能源和资源。新式污水处理厂要合理利用有机物富含的碳源，建立新工艺、新技术、新装备以及创新运营方式来实现能源自给。
中国的污水处理概念厂有4方面的追求，即追求水资源可持续循环利用、追求提高能源自给率、追求物质合理循环、追求环境友好。而这4个追求也影响到概念厂核心技术的应用。
哪些技术在污水处理概念厂的建设中是核心技术？新式污水处理厂的建设应该是系统集成，是概念、技术、管理、运行、控制的集成，因此，智能化在概念厂的建设过程中尤为重要。同时，能量转化、资源回收和水质保障技术将是厂建设的核心技术。
新式污水处理厂对技术设备都提出了更高的要求，预计其建设费用应该至少是现在一般污水处理厂的1.5倍左右。但是如果能做到能源自给自足、运行控制能耗良好，则运行费用一定会低于现在的污水处理厂。
