随着工业化与城镇化的加速，城市水环境面临着越来越多的挑战，包括资源性缺水、水资源浪费性缺水、气候变化导致的区域缺水及污染性缺水。城市水环境系统的可持续循环与多介质资源化方向成为环境学科研究的热点。在2020（第二届）中国城市水环境与水生态发展大会的“技术与产品创新论坛”环节，华中科技大学环境科学与工程学院杨家宽教授发表了《城市水环境系统与多介质资源化方向的思考》的演讲，阐述了城市水资源与水环境系统面临的挑战，就如何构建一个健康的城市水环境系统提出了新的思考，分享了在城市污水污泥多介质资源化方向上的一些探索。
整理：张媛媛、陈宇超 责任编辑：黄辉
城市水资源与水环境系统面临的挑战
挑战1：资源性缺水，可用淡水资源水量不足。截止至2020年，有35个超级城市，全球3/4城市、1/2的人口分布在沿海，40%人口缺乏淡水。至2050年，工业用水将翻倍，加剧行业用水竞争。全球每年320亿立方米水流损失，占总处理水量约25%。
挑战2：水资源浪费性缺水，农业灌溉水资源利用效率低。国农业灌溉水利用率低于50%，节水先进国家水利用率70-80%。
挑战3：气候变化导致的区域性缺水，全球气候变化。专家估算在过去40多年，西北地区冰川面积约减少了1400平方公里，雪线上升了30－60米，导致部分内陆河源头水量减少。
挑战4：污染性缺水，水质恶化严重。工业、农业、医疗等用途造成了地表水污染、富营养化、重金属污染等水质污染。在新冠疫情大背景下病毒及致病微生物对城市水环境系统提出严峻的挑战。
城市水环境面临挑战的应对思考
杨家宽教授指出，当前城市水环境系统的特点是资源单向流动，以给水到排水的单向链条为主，而这种方式是不可持续的。针对不可持续的城市水环境，杨家宽教授提出增加循环线路可有效实现大循环，其实现方式可以有两种，一是增加供水源的多样化，包括海绵城市雨水收集、中水深度处理的饮用水源补给、中水厂区灌溉回用及海水淡化；二是建立基于多介质资源循环的“Water-Energy-Nutrient”的水循环体系。
城市污水污泥多介质资源化的初探
杨家宽教授探讨了城市污水污泥多介质资源化方向，提出污水和污泥是放错位置的资源。第一，采取多介质水系统资源循环技术，运用生物法可实现水中C/N/P/S等元素向生物质的转化，这是一种水系统资源化的综合解决方案。第二，采取污水系统资源循环技术，运用物化法包括吹脱法、化学沉淀法、离子交换发回收废水中的有机物。第三，采取污水资源循环技术，通过耦合生物、物化、电化学等多个工艺，可同步实现污水和污泥中营养元素的去除或回收。第四，采取污泥资源循环技术，通过化学法回收污泥中的磷，运用尿液分离可极大促进废水中营养元素回收，并减轻污水处理厂负担；基于污泥生物碳循环利用的污泥热解技术，则通过对污泥深度脱水、污泥热解、制备生物炭的过程，实现污泥的减量化、资源化与无害化。
杨家宽教授最后总结，当前城镇水环境主要面临资源型缺水、气候变化、水资源利用效率低、水污染等造成的水资源短缺和面临的健康可持续发展的挑战。建立基于多介质资源循环的“Water-Energy-Nutrient”水循环体系虽然面临一些技术难题，但有望成为改善城市水循环的有效手段，其中的多介质资源化路径尤其需要综合考虑技术与产品再利用的可能性，才有望取得一定的技术突破。
