在整個(gè)20世紀(jì)，城市污水處理中普遍采用的氮處理方法是利用生物過程，如常規(guī)活性污泥將其轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓∟2）來去除銨。雖然這是一項(xiàng)非常成功的保護(hù)人類健康和保護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)的戰(zhàn)略，但氨轉(zhuǎn)化為元素形式與21世紀(jì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)不相容。且活性污泥法和其他新興的氨氮去除途徑有幾個(gè)環(huán)境和技術(shù)限制。
為了使氨氮回收技術(shù)便于應(yīng)用于生活污水，開發(fā)的吸附劑不僅需要高選擇性和優(yōu)良的氨氮吸附性能，而且還需要：（i）適合CSTR型反應(yīng)器的連續(xù)模式中運(yùn)行，以便在現(xiàn)有的污水處理廠基礎(chǔ)設(shè)施中重新安裝；（ii）易于與廢水分離；（iii）抗生物污染；（iv）易于針對(duì)不同的表面化學(xué)進(jìn)行改性；（v）在不需要大量化學(xué)物質(zhì)的情況下，在銨的釋放和吸附劑的再生方面高效且具有成本效益。
考慮到上述所要求的特性，聚合物基材料具有特殊的意義。根據(jù)官能團(tuán)，聚合物吸附劑可分為非離子型、陽離子型或陰離子型；非離子交聯(lián)聚合物（如聚環(huán)氧乙烷）可作為凝膠排阻媒介。另一方面，離子交聯(lián)聚合物可用于選擇性結(jié)合有相反電荷的分子（即陽離子結(jié)合在陰離子聚合物上）無需離子置換（如沸石和離子交換樹脂），從而促進(jìn)目標(biāo)離子的結(jié)合。
聚合物吸附劑正在向高選擇性和高吸附容量方向發(fā)展，希望具有較好的防污能力，進(jìn)行可連續(xù)進(jìn)行的主流操作，以及聚合物吸附劑無需大量化學(xué)物質(zhì)的再生能力。
N2O是各種廢水生物脫氮過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，也是一種極強(qiáng)的溫室氣體，造成了嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，城市污水中N2O的可回收能量與一般的廠內(nèi)能耗（0.26~0.67 kWh/m³）相比幾乎微不足道。近年來，人們?cè)絹碓礁信d趣的是從廢水中回收N2O作為一種強(qiáng)大的燃料氧化劑。在這種情況下開發(fā)了好氧-缺氧-氮分解操作（CANDO）工藝，從厭氧消化液中回收N2O?；旧?，CANDO過程包括三個(gè)操作步驟：（i）NH4+部分硝化為NO2-；（ii）NO2-部分反硝化為N2O，以及（iii）N2O與CH4共燃以回收能量。除了已經(jīng)確立的步驟3之外，實(shí)際上步驟1和2在大規(guī)模上仍然具有高度的挑戰(zhàn)性。因此，與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝相比，CANDO工藝中生物脫氮的整體性能可能會(huì)受到影響。
與現(xiàn)有污水處理廠的常規(guī)反硝化相比，CANDO工藝中亞硝酸鹽異養(yǎng)反硝化為N2O所需的廢水COD中的有機(jī)碳可減少60%。節(jié)約的廢水COD可進(jìn)一步用于生產(chǎn)沼氣進(jìn)行能源回收，抵消污水處理廠部分能耗?？偟膩碚f，似乎有必要以更全面的方式仔細(xì)評(píng)估CANDO工藝的工程可行性和經(jīng)濟(jì)可行性。
在當(dāng)前的技術(shù)階段，N2O生產(chǎn)的操作在過程復(fù)雜性和穩(wěn)定性方面仍然具有挑戰(zhàn)性。城市污水和厭氧消化液產(chǎn)生的N2O的可回收能量與總能耗相比顯得微不足道。由于N2O的溶解度高，需要對(duì)N2O進(jìn)行捕集和進(jìn)一步純化，但工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作成本高。大量殘留溶解性N2O的排放對(duì)溫室效應(yīng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的影響，對(duì)目前N2O生產(chǎn)和能源回收過程的長(zhǎng)期環(huán)境可持續(xù)性提出了挑戰(zhàn)。
另一方面，廢水厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣可作為能源。然而，大量的CH4由于溶解在廢水中不能被回收，UASB等厭氧廢水處理工藝因液體上流速度低和混合不足而受到限制。AnMBR已經(jīng)成功作為處理城市污水的補(bǔ)充設(shè)施，其COD去除率高，出水能達(dá)到大部分回用的目的。有人建議使用微藻從AnMBR廢水中去除營(yíng)養(yǎng)物。此外，在歐盟LIFE項(xiàng)目MEMORY（life memory.eu）的背景下，介紹了浸沒式AnMBR（AD和膜技術(shù)的結(jié)合）。這種創(chuàng)新的試點(diǎn)實(shí)施為城市污水處理和資源回收提供了有前景的技術(shù)。
而在污泥資源回收方面，城市污水中含有大量纖維素（占懸浮固體總量的30%~50%），纖維素作為一種可通過篩選從廢水中回收的資源具有巨大的潛力。纖維素脫水污泥的好處是：化學(xué)藥劑消耗減少，曝氣電耗較低，磷酸鹽釋放較少，污泥排放量大幅度減少，污泥處理和管理成本也隨之降低。纖維素回收將為污水處理廠的下游生物工藝增加效益，并用于污水處理廠下游與PHA混合，以及最終生物復(fù)合物生產(chǎn)的加工。