厕所黑水、黄水处理和资源化技术研究现状与展望

黑水的水质特点主要是有机负荷高（约占生活污水COD负荷的1/2），固体悬浮物多、含有大量的病原微生物、处理量大且容易造成资源缺失；其水质指标范围大致如下：COD为800~3 500mg/L，BOD为400~1 400 mg/L，SS为200~1 000 mg/L，TN为130~250 mg/L，NH ₃ -N为100~300 mg/L，TP为20~60 mg/L，浊度为200~2 000 NTU，pH为7~9。节水厕所如真空厕所的污染物浓度可达普通水冲厕所的10倍以上。粪便中含有的病原微生物如沙门氏菌、大肠杆菌、志贺氏菌、肠道病毒和甲型肝炎病毒常引起一系列疾病的传播，尤其在缺乏卫生设施的地方，处理不当将严重影响环境卫生。全球范围内至少有20亿人使用的饮用水源受粪便污染，按每人每天粪便排泄量200 g、尿液排泄量1.5 L计算，我国14亿人每天可产生约2.4×10 ⁶  t排泄物，冲厕产生的黑水排放量更是十分巨大，因此，黑水的处理对保障人类环境卫生极为重要。

图1   不同收集方式下的黑水处理方法

基于黑水收集方式可将黑水处理技术分为集中处理和分散处理（图1），集中处理主要在城市管网系统完善地区与生活污水一起收集至污水处理厂或大型粪便污水处理站，主要采用厌氧技术、好氧技术、厌氧-好氧结合处理技术。厌氧生物处理技术包括传统厌氧消化池、上流式厌氧污泥床（UASB）、膨胀颗粒污泥床（EGSB）等厌氧反应器，具有处理量大、能耗少、产沼气作为再生资源等优点；好氧技术包括生物接触氧化、氧化沟、序批式活性污泥法（SBR）等；厌氧-好氧结合技术有典型的A ² O工艺和AO-SBR、AO-MBR等，解决了单独厌氧或好氧处理生物降解不完全、氮磷去除效果差的问题。

分散式黑水处理则是针对居住比较分散的中小城市（镇）、旅游景区、广大农村及缺乏污水处理设施的偏远地区等，这些区域污水量小、产生源分散，产生的黑水尚未得到有效处置。分散式处理技术占地紧凑、运行灵活、投资成本低,更适合发展中国家且更容易实现污水源分离，减少有机污染物和病原微生物，易于处理后就近回用。其主要应用技术类型有生物技术、MBR技术、电化学技术。目前全球42亿人缺乏安全可靠的卫生设施，原位处理和再利用大幅减少了通过下水道或长距离运输废水的需求，是实现人类废弃物的成本效益和资源转化的重要策略。

黑水生物处理指常用的厌氧消化、传统化粪池利用沉淀和厌氧发酵对黑水中污染物进行初步降解，然而处理效果十分有限。净化槽技术则集合了不同生物处理技术于一体，形成占地小、安装灵活、效率高的一体化污水处理装置，该技术起源于日本20世纪80年代，我国实行分散式污水处理后积极引进并广泛应用于黑水的处理。净化槽按处理规模分为小型（＜50人槽，处理规模10 t/d）、中型（50~100人槽，处理规模100 t/d）和大型（＞500人槽，处理规模100 t/d）。多年来我国在引进日本净化槽的基础上也因地制宜地开展了适合我国农村的净化槽技术。王昶团队进行了一系列的研究，如采用短程硝化与厌氧氨氧化联合脱氮工艺的新型一体化净化槽，终端出水NH3-N去除率最高可达到70%，开发了高效自流式家庭生活污水净化槽和无回流生物滤床净化槽等出水水质高、实用性强的一体化净化槽。不过构造越复杂的净化槽维护要求越高，在经济水平低的农村地区存在无法获得及时维护造成设备损坏或停用等问题，因此净化槽在设计和应用方面应关注部件使用寿命和维护难易程度，这将有利于性能认定型净化槽的推广。

MBR微生物浓度高、污泥停留时间长，产泥量低，能有效处理难降解物质，然而传统处理装置需要就地安装，工程量大。随着技术发展越来越多的MBR一体化装置被用于分散式黑水处理，集成化的设备仍以AO工艺为主，集生物降解、消毒、污水回用功能于一体。美国加利福尼亚州一家度假村采用MBR耦合紫外消毒工艺处理黑水，出水符合加州CCR再生水标准，平均浊度0.089 NTU，出水BOD浓度小于1 mg/L，去除率为99.6％，处理后的再生水用于冲厕、冷却水和灌溉。王明月研究了A ² O-MBR系统处理农村自冲厕废水的黑水，COD、NH ₃ -N、TP去除率分别为97.3%、96.44%、98.37%；黑水经处理后一部分用于绿化景观浇灌，其余部分排入市政污水管网。膜污染是限制MBR一体化装置的主要问题之一，长期的污染问题会降低膜通量，需要定期进行清洗，因此这类装置的膜污染控制策略研究对提高一体化装置使用寿命和降低维护成本具有重要意义。

ECD对病原微生物的灭活具有高效持续性，已成为一种重要的黑水消毒技术，通常置于生物处理后作为深度处理，处理后的出水符合回用水标准用于厕所冲洗，典型电化学黑水处理流程及电解消毒原理如图2所示，对于公共卫生安全差和缺乏就地处理设施的地区来说，ECD是一种很有前景的解决方案。

图 2 黑水电化学消毒技术流程及电解消毒原理

基于双层半导体阳极电解池，Huang等以半导体阳极和不锈钢阴极电解氧化去除黑水的研究中，60 min内实现了大肠杆菌、肠球菌、重组腺病毒和噬菌体MS2的高效灭活。此外，还有掺硼金刚石（BDD）电极、功能性碳材料、钛材料、铂材料等电极用于黑水电解消毒。BDD、贵金属电极具有较好的化学稳定性，可在极端条件下长时间连续运行，但是昂贵的材料费用限制了在实际复杂废水中的应用，寻找可替代的平价电极对其应用具有促进作用。与其他技术的耦合可进一步提高出水水质，如尚鸣等以混凝沉淀为预处理单元，化学氧化+电解氧化为主体工艺，出水达到GB 8978—1996污水综合排放标准二级排放标准。Varigala等设计的闭环卫生系统（CLASS）用于印度的一处公寓，采用生物处理和电化学氧化技术处理黑水，通过使用SBR或厌氧-好氧生物消化过程使得厕所黑水的营养物质和有机负荷减少了85%~95%，电化学过程可实现0 CFU/mL的大肠杆菌完全消毒，该过程还可以进一步将残留的营养物质和有机物去除，去除率达90%~96%以上，经过处理的水可供公寓居民重新用于冲洗89 d，然而TN和TP未得到明显去除，还需进一步研究提高出水水质和资源回收效率的方法。

Cid等建立了电化学氧化的自给式厕所废水处理系统，有效去除病原微生物（总大肠菌群＜10 MPN/100 mL，粪便大肠菌群＜1 MPN/100 mL），该系统设计成适合运输的集装箱以便提供厕所和现场废水处理以及清洁水回收，在美国、印度、中国均设立了示范点。相关黑水集中和分散处理技术效果、优缺点和应用程度见表1，随着黑水分散化处理趋势一体化，集成处理系统的应用性逐渐增强。

表 1 黑水集中和分散处理技术

近年来随着对生活污水源分离和分质污水处理的重视，一些新兴技术被用于黑水的处理，如水热炭化、微生物电化学技术等。水热炭化技术以生物质为原材料，水为反应媒介将有机物转化为结构碳，被广泛应用于生物质的炭化处理。孙金风等采用真空集便系统收集了厕所黑水进行水热炭化处理可基本灭活病原微生物，然而产生的固、液、气3种形态的产物还需后续处理，与相关处理技术结合进行资源回收是以后该技术的研究重点。刘洪波等耦合了生物电化学系统与ABR，如图3 所示，将传统单室反应系统分为多室并且水流通过折板形成自下而上单流向，耦合系统在缺氧和厌氧状态下能有效发挥不同功能微生物菌群作用，有效结合了ABR、微生物燃料电池（MFC）和微生物电解池（MEC）的优点，实现黑水中碳氮磷等元素的资源化和产电利用。Vogl等采用黑水作为阳极基质，高浓度有机物能促进反应系统产电，能量回收率最高达0.79 kWh/kg。姚洋洋利用Mn-CF电极作为阳极时获得更高的输出电压，后续结合鸟粪石沉淀法可有效去除非生物阴极富集的NH ₃ -N。这些高效低能耗的新兴技术发展对黑水的充分处理回用具有重要意义。

图 3 ABR/MFC/MEC 耦合系统

随着磷资源日益短缺以及其他能源物质的匮乏，现代污水处理趋于资源化、能源化发展，鉴于黑水水质特征，越来越多的处理技术更加强调资源回收和利用富含的营养元素，而不是控制和消除（图4）。

图 4 黑水资源化途径示意

黑水经生物处理和其他技术的耦合多级处理可符合杂用水标准，用于厕所冲洗、农田灌溉、景观用水等场景。实际应用广泛的生物+MBR+消毒技术对出水水质较有保障，国外学者研究的预处理+颗粒活性炭（GAC）+ECD技术处理黑水后同样符合冲厕水标准。通过人工强化植物栽培的方式对黑水有一定的处理效果和资源化意义，谢欣妤、Jin等利用建筑立体空间，开发了屋顶绿化栽培系统、垂直绿化栽培系统，可有效处理黑水并充分利用营养元素，且所培育的经济作物长势良好同时还具有景观效益。

蒸散池，是一种基于自然、土壤和植物的混合系统，内置化粪池和人工湿地的组 合单元用于黑水回收，旨在实现零液体排放，可用于家庭级别黑水处理。这种技术已开始在巴西推广应用并得到用户的高度认可，处理量为87 L/d。Paulo等研究了运行超过4 a的全规模系统，在处理能力和土壤条件方面，该系统表现出较强的适应性，并且对栽培植物生长无明显影响。与厨余垃圾共消化提高黑水甲烷回收率是黑水资源化的另一途径，由于厨余垃圾中含有大量可消化有机物，许多学者用厌氧生物反应器将两者共同处理，发现水解效率得到明显提升，比单独消化的效果更好并且增加了甲烷产量，消化产物稳定后可播撒农田，有效将全部营养物质和有机物用到农业中。田丹等利用城市UASB处理粪便污水的出水和经过MBR处理后的污水培养小球藻、栅藻等4种产油微藻，微藻在利用污水中氮、磷等资源的同时增加了油脂含量，这种污水处理工艺增加了油脂含量，降低了后续微藻产生物柴油的成本，充分实现了黑水资源化，具有良好的发展前景和应用潜力。根据现有研究总结发现黑水能源化资源化方式主要包括氮磷回收、出水回用、甲烷回收、肥料化利用等（表2），均取得了很好的效果甚至实现规模化应用示范。

表2 　黑水资源化处理技术

与黑水不同，黄水含有的病原微生物较少，其主要成分为水（95.00%）、尿素（1.80%）、尿酸（0.05%）和无机盐（1.10%）,具体成分见表3。

表3　黄水性质

    黄水氮磷浓度高 且存在形式单一，源分离黄水中氮主要以尿素形式存在、少量以NH ₃ -N 形式存在，碳氮比低、容易水解。黄水中主要的化合物是营养元素和有机微污染物，这取决于个人饮食和药物摄取量，因此其成分含量具有一定差异。此外，在收集和储存过程中黄水的性质会发生改变：在收集过程中氨挥发会导致大量的氮损失；在储存过程中发生水解导致尿液pH由原来的5.5~7.0升高至9.0左右，改变了液体中的离子浓度，产生磷酸氨镁(MAP)、羟基磷灰石等沉淀，磷浓度下降30%左右 。

考虑到水冲式厕所仍需耗费一定水资源，更精准地处理源分离尿液即黄水尤为重要，源分离便器使得尿液可以源头收集、处理并回收其中的氮磷资源，可节约80%的冲水量。有学者基于短程硝化反硝化的生物脱氮技术用于尿液脱氮，在SBR反应器中控制反应条件稳定实现部分硝化反硝化，可去除TN约40%；在好氧/厌氧MBR反应器中抑制了游离氨和亚硝酸盐实现短程硝化反硝化，可去除TN约60%；与传统生物脱氮方法相比降低了能耗和外加碳源投加量。张良长等分别培养了好氧和厌氧SBR反应器处理模拟尿液，平均硝化率59.8%、有机氮氨化率96.5%，稳定运行期有机氮转化率为95%以上。尿液同时也是一种适合培养微藻的潜在营养来源，后续可将微藻作为肥料和土壤改良剂资源化利用（图5）。瓦格宁根大学Tuantet等利用小型平板式光生物反应器以人工尿液和实际尿液培养Chlorella sorokiniana小球藻，考察了微藻生长情况和氮去除率，模型模拟和实验结果均表明光生物反应器在适宜条件下能有效去除氮并积累微藻生物量，在一定光强下获得最高的微生物量和光合效率。Chatterjee等在2 000 L室外半连续跑道池中以源分离尿液培养淡水绿色微藻，即使在低至5 ℃的培养温度下，微藻也能回收氮、磷（回收率分别为52%、38%），同时获得0.34 g/L 的生物量密度。

图5　微藻生物反应器回收营养元素示意及类型

黄水物化法回收处理技术重点研究方向为电化学法和物理分离法，其中电化学法主要包括电催化脱氮、电絮凝，EDI，MFC；物理法主要有膜分离技术和吸附法。

有学者系统研究了不同电极和反应条件下电催化脱氮和电絮凝除磷的效果，发现用钌铱化合物涂层钛电极进行电催化氧化脱氮最佳，对水冲式未水解尿液的TP、TN和[NH ₄ ⁺ ]-N去除率最高分别可达94.64％、59.45％和84.02％，此外还采用酸溶解-双氧水氧化-调节成分-沉淀的方法合成了回收价值高的FePO ₄ ·2H ₂ O，其他研究中的电解尿液装置阳极磷回收率可达90%以上。EDI是在电渗析器的隔膜之间装填阴阳离子交换树脂，将电渗析与离子交换有机结合起来的一种水处理技术，解决了单一工艺中浓差极化和化学再生问题。由于这种技术具有将目标离子浓缩回用的特点，一些学者将其应用在尿液氮磷的回收中。研究者们设计的新型EDI装置实现了树脂的连续再生，可有效回收尿液中的氮磷元素，与生物脱氮相比电解去除源分离尿液氨更稳定、容易自动化和适合现场使用。此外还有一种新型选择性电渗析膜生物反应器（EDMBR），在尿液脱盐方面具有选择性高、回收产物浓度高的优势。含有高浓度营养元素的黄水也是可供MFC产电菌利用的理想基质，许多MFC的研究均以尿液为基质展开，研究结果证明单室、双室MFC在去除有机物和氮的同时持续产能，出水通过化学方法结合鸟粪石法回收氮磷。尿液基质MFC甚至能为厕所照明提供持续电能，Jimenez等首次研究了陶瓷膜MFC为电子水龙头供电的技术，如图6所示，将单个小型MFC集成到黄水处理系统中通过生物能和电能转化为厕所灯泡和感应电子水龙头供电，这种生物电驱动的厕所提高了系统维护效率和卫生安全，催生出新一代的自我维持能量回收的新型电子厕所。 

图 6 尿液基质 MFC 电子厕所示意

物理法黄水处理技术主要采用了膜分离，包括低压膜分离（微滤MF和超滤UF）、高压膜分离（纳滤NF和反渗透RO）、膜蒸馏MD、正渗透FO等膜分离技术。其中低压膜可去除尿液中悬浮物和部分微生物，高压膜技术能去除部分无机盐和病菌，分离效率高，出水水质高，工艺流程如图7所示。

图 7 低压和高压浓缩技术流程示意

Zhang等设计的三级微滤中空纤维膜接触器对铵态氮回收率达93.29%，有超过98.92%的无机离子和96.85%的有机物保留在废水中，膜的表面疏水性和孔隙性质没有显著变化，无机膜和有机膜污染较轻。Jiang等采用UF-MBR处理源分离尿液的研究中发现，在控制曝气强度为0.4 m ³ /h、间歇15 min的条件下，通过适度的间歇曝气可以缓解部分不可逆膜污染结垢。采用RO和NF膜选择性分离水解尿液中非离子氨也是非常有效的，出水可达杂用水标准。RO作为一种突出的海水淡化技术现已被用于尿液的深度处理，在RO过程中理论上只有水分子通过，因此可生产由盐和营养物质组成的高浓度盐水作为液体肥料。在Pronk等的研究中NF膜对COD去除率仅为30%，而尿素和NH ₃ -N的渗透率可达到80%。有学者对比了MF、NF、RO对实际尿液中尿素和未结合态氨的排斥作用，发现NF和RO的平均氨排斥率分别为94%和80%，MF则效果甚微。Fumasoli等利用中试的硝化-膜蒸馏反应器处理源分离尿液时获得了营养成分高的液体肥料，在最佳情况下整个过程的电能需求为每克氮71 Wh。刘乾亮等首次报道了我国正渗透膜处理实际尿液的研究，正渗透能很好地截留尿液中的污染物并且污染物去除率达到98%以上，此外，膜污染清洗后膜通量能基本恢复90%以上，正渗透膜在处理尿液时具有较强的抗污染能力和稳定性。膜分离技术因其高效准确的分离能力被广泛应用于各类污水的处理，对于源分离尿液更具有回收营养物质的优势，而膜污染问题仍是限制其应用的关键，仍需为尿液的处理制定有效的膜污染控制策略。

利用原子和离子的吸附特性，尿液中的铵离子可以利用具有电负性表面的材料从液体中被选择性地吸附，尿素也能通过分子间作用力吸附到合适的表面。活性炭作为一种典型的吸附剂，可以大量吸附尿素中的氮，有文献报道活性炭可回收新鲜尿液和水解尿液中氮高达95%。沸石（硅酸铝基材料）也是一种良好的氮吸附材料，研究表明利用斜发沸石处理尿液，NH ₃ -N回收率高达96%，且能作为土壤改良剂使用，有利于增加贫瘠土壤的养分和保水性，增加了应用价值。有学者对比了生物炭、沸石和其他吸附剂的回收率，发现一些合成阳离子交换树脂更有效，最大铵吸附密度为64 mg/g，且质量减少7倍。另外还有研究通过阴离子交换回收磷酸根离子，Sendrowski等使用含有水合氧化铁的混合阴离子交换树脂从新鲜和水解尿液中去除97%的磷，而又可以从沉淀固定中回收92%的磷。Guan等研究了一种利用Fe ₃ O ₄ @ZrO ₂ 纳米颗粒从酸化尿液中回收磷的新技术，磷选择性吸附在纳米颗粒上，洗脱后再度形成磷酸钙，实际尿液研究中也能重复利用纳米颗粒形成多次吸附-解析，该技术以一种环境友好的方法回收磷。对于不同吸附剂而言，一方面需追求更高的吸附量，另一方面更要满足后续再生的需求，随着不断的研究突破，该方法具有潜在的工业价值。

黄水的生物、物理法处理回收技术对比见表4，采用电化学方法的回收率较高，但随之产生了较高的能源消耗，采用MFC技术反而会有电能输出。膜分离技术的回收率与膜的种类有关，其中高压膜处理分离效果高、膜污染严重，低压膜处理分离效果低、膜污染较轻。吸附技术虽然氮磷回收率高，但吸附量有限且重复性还有待提高。

表 4 黄水处理回收技术对比

含有丰富氮磷钾等营养盐的黄水是生产肥料的理想资源，单独的生物法、物化法无法同时完成污染物、病原微生物的去除，包含多种技术特征的联合处理回收技术应运而生，最大限度控制了可回收资源的损耗。悉尼科技大学、北京科技大学团队建立了中试规模的重力驱动膜生物反应器（GDMBR）+局部太阳热蒸发（HLSE）系统处理真实尿液（图8）。GDMBR处理后约50%氨转化为硝酸盐，然后通过低成本局部太阳热蒸发产生无味的固体肥料，HLSE装置在1 h内快速加热至68 ℃，并且产生的肥料具有比商业肥料更好的性能，该联合技术是一种非常有前景的绿色回收技术。苏黎世联邦理工学院团队建立了可供10人用原位尿液处理模块BDTA，主要包括尿液稳定和蒸发单元，通过投加Ca(OH)2提高pH形成沉淀回收磷，92%~96%的磷作为磷酸钙回收，氮和钾进入蒸发反应器后水通过强制空气对流从溢出的液体中蒸发，钾的回收率也接近100%。在瑞士和南非进行现场测试后的结果表明:该技术有效适用于尿液原位处理和营养物质回收且运营成本低。高振超建立了一套减压蒸馏、化学沉淀法和短程硝化反硝化耦合技术实现了尿液污染物去除和氮磷资源回收，研究表明减压蒸馏可显著回收尿液中的NH ₃ -N，在3 h、60 ℃、26.3 kPa条件下氨的传质速率常数为（16.17±1.73）mm/h，NH ₃ -N回收率为81%，回收产物主要为硫酸铵；若同时采用化学沉淀法回收磷其主要产物为磷酸铵镁，该组合技术可有效去除尿液有机物和回收氮磷资源，然而回收产物的纯度还需进一步分析和提高。此外将FO与MD联合同样具有很高的氮回收率，起到双重屏障分离效果，截留率接近100%，出水水质远高于单独的MD。因此，具备不同技术特征的耦合系统对黄水中氮磷等盐类的回收效率高、品质好，为高值资源回收提供了十分有意义的研究思路。

图 8 GMBR+局部太阳热蒸发联合技术

黄水中高值资源回收前提是无有毒有害物质，包含的微污染物如抗生素、内分泌干扰物等会影响黄水回收效率和资源化利用，带有微污染物的肥料或鸟粪石可能会被植物根部吸收，对环境和人体健康存在不利影响。已有部分学者研究了尿液中不同微污染物的处理，包括离子交换法、生物炭吸附法、电解法等，可去除一些典型微污染物如双氯芬酸、磺胺类药物、三氯生等，不同处理技术和微污染物类型见表5，离子交换树脂和活性炭等吸附剂被广泛应用于微污染物的去除。

Landry等考察了3种聚苯乙烯树脂（A520E、Dowex 22、Dowex Marathon 11）和1种聚丙烯酸树脂（IRA958）对双氯芬酸的吸附性能，发现聚苯乙烯树脂效果最佳，去除率＞90%。通过活性炭从生物处理的尿液中有效去除有机微污染物，生产的肥料在瑞士已获得许可施用于所有农作物。与商业吸附剂和活性炭相比，生物炭更具有价格优势，是一种比较有前景的替代吸附剂，有研究将生物炭用于去除合成尿液中7种以上的药物，去除率均达90%以上。此外，许多研究证实了电化学氧化在有机微污染物方面的强效性，通过与其他技术的耦合能促进自由基的形成和微污染物向电极表面迁移，从而进一步提高污染物矿化率。Cotillas等研究了电解、光电解、高频超声电解技术处理尿液中氯霉素的性能，结果证明污染物能被完全矿化，同时实现了尿液中其他有机物质（尿酸、尿素和肌酐）的矿化。膜分离技术也能截留有机微污染物，早期的膜分离技术研究已采用NF膜从新鲜尿液中分离微污染物，截留率接近90%，但尿素的渗透率仅为40%。近年来膜分离和其他技术的耦合强化了有机微污染物的去除。Hassan等结合了化学絮凝和MF膜技术处理真实尿液，COD、盐类去除率均大于90%，药物去除率可达99%以上，处理过程中保留的磷元素可作为安全无污染的肥料来源。

表 5 尿液中不同微污染物的处理

黑水和黄水既是污染源也是当今污水处理领域中资源转化的重要来源，这类污水的处理近年来备受学者们的关注。在寻求环境友好型、节能型厕所污水处理的基础上实现原位处理，分散一体化处理是未来黑水、黄水处理的发展趋势。本研究分别归纳总结了黑水、黄水的不同处理技术类型和应用案例，基于目前研究现状提出未来研究仍需重点关注的几个方向：

源分离技术开发 。黑水和黄水的处理离不开源分离技术的发展，前者是从生活污水中分离，单独采用其他工艺集中处理或分散式处理，后者的分离要求更高、收集物更纯。尿液分离干厕、重力流粪尿分离便器、真空厕所与粪尿负压输送等技术的开发尤为重要，高效的分离技术能减少收集过程中资源的流失和污染物的转移，对后续黑水、黄水的处理是必不可少的。

微污染物深度处理 。黑水、黄水中的微污染物限制了处理末端的资源化利用，因此需加强微污染物深度处理研究。电化学技术处理效率高，但应用于现场实际厕所污水处理中仍需通过设计电极材料和反应器构型来提高使用寿命、降低能耗。此外，开发廉价高效的吸附材料在微污染物深度处理方面具有潜在的工业价值，重在实现后续可再生的需求。利用膜分离技术严格截留微污染物则要重点关注分离机制和多级膜组合的开发，对于膜污染过程制定有效的控制策略保证其稳定运行。

高值资源化利用 。在全球能源危机背景下资源化进程应逐步强化，肥料化和产微藻生物质是重要的资源化途径。源分离黑水、黄水经适当处理后作为肥料应用于耕地，有助于营养物质闭路循环。微藻生物质可进一步转化为高附加值产品，实现高值资源化利用。目前回收效率和回收物的纯度仍需提高，需要建立不同技术的联合处理工艺，最大限度减少营养元素的损耗，这将大幅提高产物利用率并实现商业价值。