2．1．2加强负载管理
污水提升以及污泥回流等单元的水力输送设备常由于流量级配不合理、扬程选择偏大，使设备绝大部分时段在低效工况运行，应予以改造。
由于担心污泥沉积，混合搅拌设备的设计搅拌功率同样普遍偏大，实际处于过度搅拌状态，导致电耗增加，准确把握搅拌器与介质之间力和能量的传递非常关键，而采用推力作为搅拌器的选型依据，可以准确衡量实际工况所需搅拌器的大小，有效避免此类电耗的浪费。
随着脱氮除磷要求的日益严格，污水处理过程需要搅拌器数量也越来越多，成为不容忽视的耗电环节。当设置潜流推进器时，优化推进器和曝气系统的位置和距离，可以使系统的能量损失最小。当推进器距离上游曝气器不小于一倍水深，并且推进器距离下游曝气器不小于水深和廊道宽度的最大值时，推进器和曝气系统最为稳定，能耗最低。高效的潜水推进器配合好氧池的池型优化设计，可以降低池内阻力损失、减少推进器的功率需求，实现能耗降低。曝气系统的电耗占污水处理总电耗的50％～70％，是加强负载管理的重点。设计基于稳妥的目的，常使鼓风机风量级配不合理、出风压力选择偏大，使之绝大部分时段在低效工况运行。鼓风气量偏大或曝气器数量偏少都将导致单位曝气器气量过大，造成充氧转移效率降低、阻力增大，降低能效。另外，曝气器堵塞后如不能及时清洗，也会增加阻力损失，增大能耗。
2．1．3建立需求响应机制
建立需求响应机制就是实现各单元以及全流程的优化运行。目前，污水行业已经出现感应式调速和线性调速的水力输送和搅拌设备，此类设备内置智能控制系统，可以有效优化水力输送和搅拌系统的整体运行情况，实现节能降耗。
高效的水力输送设备内置专业为水力输送系统设计的智能控制系统，可以自动进行设备自清洗，泵坑自清洗和管路自清洗，可以自动调节设备运行频率达到系统的能耗最低点。额外的控制系统甚至可以优先启动效率最高的水泵，可以根据整个输送管网的波峰波谷自动切换控制模式，从而发挥泵站的蓄水能力，减少对管网的冲击，使输送泵站与水厂协同运行。
混合搅拌设备内置智能控制系统可实现搅拌器推力可调，当由于工况变化所需推力降低时，搅拌器通过降低转速满足工况需求，同时节省能耗；当所需推力升高时，搅拌器通过提高转速满足工况需求，避免设备增加或更换。
采用内置智能控制系统的水力输送设备和搅拌器，在特定工况条件下，与传统设备相比，甚至可以节省50％以上的能耗。
目前，前馈、反馈、前馈、反馈耦合等各种不同控制品质的曝气控制器和控制策略已较成熟，可以实现按需供氧，避免不必要的电耗。目前，基于SOUR和OTR在线实时测定的先进曝气控制系统（BIOS）可在满足处理要求的前提下将鼓风曝气量动态降至最低，大幅度降低能耗，同时还能提高曝气器的氧利用率。设置高效潜流推进器，使池内介质保持一定的流速，可在满足工艺实际需要的前提下进一步降低鼓风曝气量时，避免混合液发生沉积。另外，介质保持一定的流速，可使气泡在水中有更长的停留时间，进一步提高系统的氧转移效率。应定期调节污泥回流比，在满足污泥回流量的前提下，使之降至最低，在实现节能降耗的同时提高出水水质。通过微波含固量在线测定技术，可以实现污泥脱水单元加药量的前馈或反馈控制，降低絮凝剂的消耗量，减少间接碳排放。
2．2大力回收能源
污水中蕴含着大量的能量，理论上是处理污水所需能量的很多倍。污水经处理后，其中的能量大部分转移到了污泥中，因此开发回收污泥中的能量具有极大的潜力。污泥能源化主要集中在厌氧方向，污泥厌氧能源化包括厌氧发酵产乙醇、厌氧发酵产氢和厌氧消化产甲烷三个技术路径。产乙醇技术虽然成熟，但能源转化率较低。产氢技术目前仍存在反应器放大的困难，制约生产性应用。实践中普遍采用的是厌氧消化技术。传统厌氧消化技术能源转化率在30％～40％，而高级厌氧消化技术可提高到50％～60％。高级厌氧消化技术包括高温厌氧消化、温度分级厌氧消化和酸气两相厌氧消化。污泥预处理技术近年来进展较快，具体包括热水解、超声细胞破碎、微波细胞破碎、生物酶水解、聚焦电脉冲和化学细胞破碎等技术，目前应用较多的是热水解技术，这些预处理技术可使厌氧消化的能源转化率进一步提高。传统厌氧消化技术可使污水处理实现20％～30％的能源自给率，预处理、高级厌氧消化、涡轮发动机或燃料电池以及热电联产等技术的耦合使用，有望使污水处理实现30％～50％的能源自给率，及大大降低间接碳排放量，又降低甲烷产生并逸散导致的直接排放。
2．3探索可持续新工艺
基于有机污染物去除的可持续污水处理新工艺主要是厌氧处理技术，能耗低，且可回收能源。高浓度有机废水的厌氧技术已成熟，但城市污水有机物浓度低，厌氧处理存在投资大和占地大等障碍。 目前，城镇污水厌氧处理方向研究的热点是厌氧膜生物反应器AnMBR，与传统厌氧工艺相比，可大幅度减少占地，但技术成熟度离生产性应用尚存在差距。
另一类可持续污水处理工艺是低能耗、低碳源消耗的脱氮工艺，有很多种类，但主要包括基于短程反硝化原理的SHARON工艺和基于厌氧氨氧化的ANNAMOX／DEMON工艺。与传统的AAO工艺相比，SHARON工艺可节约25％的能耗、40％的碳源消耗，而ANNAMOX工艺可节约60％的能耗、90％的碳源消耗。目前，SHARON和ANNAMOX在高浓度氨氮污水处理中已较成熟，在污泥回流液处理中已有一批成功案例。在典型城镇污水处理上虽有进展，但离实际应用仍有差距。
未来革命性的可持续污水处理工艺方向是碳氮两段法：首先对污水中的有机物进行分离，分离出的污泥通过厌氧消化产生CH4，或对污水直接进行厌氧处理产能，分离后含有氨氮的污水通过主流厌氧氨氧化进行脱氮。按照Kartal等人的理论估算，采用现在的活性污泥法，处理1人口当量的污染物需要耗电44 W˙h，而采用上述碳氮两段法，处理1人口当量的污染物将产生24 W˙h能量，从而使污水处理厂真正成为“能源工厂”，且污泥产量仅为活性污泥法的四分之一。
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