废水处理是对人类主导的水循环阶段产生的污染积累的一种技术响应。近年来,为了满足日益严格的污水排放标准,污水处理系统进行了多次升级改造。虽然,系统的升级改造提高了接纳水体中养分的去除率,但是技术的升级必然伴随着额外的资源和能源消耗。污水处理系统的升级改造是污染转移还是为该行业带来了可持续发展,所有的这些问题都需要对系统升级改造的利弊进行全面评估。通过采用能值分析和针对污水处理系统特点的改进的指标,结合初步的物质流分析和经济分析方法,对污水处理系统升级改造前后的综合绩效进行了对比。其中,能值方法用于计算系统不同阶段的能值流,并将污染物排放的影响整合到基于能值的指标中。同时,通过物质流方法量化了系统的温室气体排放强度,运用净经济效益比评价了系统的经济绩效。最后,通过协同效应指数（SEI）综合评估了系统的环境绩效、温室效应和经济绩效之间的协同效应。采用提出的方法和指标,以重庆某污水厂为例,针对改造前后（S1和S2）和拟设计的两个情景（S3和S4）进行实证分析,主要的研究结果归纳如下:（1）能值流分析结果表明:原CAST工艺（S1）的总能值投入为3.01E+19sej/yr。能值输入的61.16%来自购买的不可再生资源（尤其是火电和劳务）,能值输入的30.08%来自当地可再生资源（主要是空气）。其中建设和运行阶段分别为2.91E+18 sej/yr和2.71E+19 sej/yr（9.69%vs.90.31%）;升级的CAST工艺（S2）的总能值投入为3.37E+19 sej/yr。能值输入的60.81%来自购买的不可再生资源（尤其是火电和劳务）,能值输入的30.96%来自当地可再生资源（主要是空气）。其中建设和运行阶段分别为3.74E+18 sej/yr和3.00E+19 sej/yr（11.11%vs.88.89%）;A~2/O工艺（S3）的总能值投入为3.75E+19 sej/yr。能值输入的72.29%来自购买的不可再生资源（尤其是火电和劳务）,能值输入的19.77%来自当地可再生资源（主要是空气）。其中建设和运行阶段分别为3.78E+18 sej/yr和3.37E+19 sej/yr（10.09%vs.89.91%）;T型氧化沟工艺（S4）的总能值投入为4.02E+19 sej/yr。能值输入的72.47%来自购买的不可再生资源（尤其是火电和劳务）,能值输入的20.09%来自当地可再生资源（主要是空气）。其中建设和运行阶段分别为4.30E+18 sej/yr和3.59E+19 sej/yr（10.72%vs.89.28%）。总体来看,S2额外增加的能值投入最低,主要源于运行阶段的火电和劳动力服务投入。（2）污染物排放的量化结果表明:S1的污染物排放影响总能值达2.54E+19sej/yr,污染排放需要的生态服务（主要来自TP的稀释）和导致的能值损失（主要由TSP和CO引起）分别达到2.39E+19 sej/yr和1.49E+18 sej/yr。其中,建设阶段和运行阶段的污染物排放影响总能值分别为1.95E+17 sej/yr和2.52E+19 sej/yr（0.76%vs.99.24%）;S2的污染物排放影响总能值达1.51E+19 sej/yr,污染排放需要的生态服务（主要来自NH3-N的稀释）和能值损失（主要由TSP和CO引起）分别达到1.35E+19 sej/yr和1.61E+18 sej/yr。其中,建设阶段和运行阶段的污染物排放影响总能值分别为2.05E+17 sej/yr和1.49E+19 sej/yr（1.36%vs.98.64%）;S3的污染物排放影响总能值达1.57E+19 sej/yr,污染排放需要的生态服务（主要来自NH3-N的稀释）和能值损失（主要由TSP和CO引起）分别达到1.35E+19 sej/yr和2.19E+18sej/yr。其中,建设阶段和运行阶段的污染物排放影响总能值分别为2.02E+17 sej/yr和1.55E+19 sej/yr（1.29%vs.98.71%）;S4的污染物排放影响总能值达1.62E+19sej/yr,污染排放需要的生态服务（主要来自NH3-N的稀释）和能值损失（主要由TSP和CO引起）分别达到1.35E+19 sej/yr和2.77E+18 sej/yr。其中,建设阶段和运行阶段的污染物排放影响总能值分别为3.15E+17 sej/yr和1.59E+19 sej/yr（1.94%vs.98.06%）。污水处理系统升级改造后,污染物排放影响减少了36.22%—40.55%。其中,S2在三个方案中对于排放影响的减缓程度最大,主要源于对于运行阶段氨氮排放的削减。（3）从能值指标可知:根据单位污染物去除成本（CUPR）指标,S2的SS、COD、BOD5去除成本高于S1,NH3-N和TP去除成本低于S1,而S3和S4的单位污染物去除能值成本均高于S1;S2的单位能值增加投入的环境效益（EBUI）值是三个升级改造方案中最大的,说明S2方案的资源效率最高;从改进的能值产出率（IEYR）来看,S1—S4的值分别为1.36、1.38、1.17和1.17,若忽略污染物影响,指标值分别上升5.15%、5.07%、6.40%和6.40%。因此,S2的生产效率最高;对于改进的环境负荷率（IELR）,S1—S4的值分别为3.62、2.57、3.91和3.85,若忽略排放影响,环境负荷率将分别下降56.63%、39.69%、33.25%和31.69%。其中,S2的环境负荷最低,S3最高;就改进的能值可持续指数（IESI）而言,S1—S4的值分别为0.38、0.54、0.30和0.30,若忽略污染物影响,可持续性水平将分别提高139.47%、72.22%、60.00%和60.00%。因此,方案S2的环境可持续性水平最高。（4）从碳排放强度指标来看:原有处理工艺的更新和拟设计方案不同程度地增加了系统的碳排放强度:S1的单位污水碳排放强度为0.9965 CO2-eq/t,主要来自火电,其次是钢铁和混凝土生产过程。其中,建设阶段和运行阶段的单位污水碳排放强度分别为0.0505 CO2-eq/t和0.9460 CO2-eq/t（0.75%vs.99.25%）;S2的单位污水碳排放强度为1.0835 CO2-eq/t,主要来自火电,其次是钢铁和混凝土生产过程。其中,建设阶段和运行阶段的单位污水碳排放强度分别为0.0532 CO2-eq/t和1.0303CO2-eq/t（0.75%vs.99.25%）;S3的单位污水碳排放强度为1.5515 CO2-eq/t,主要来自火电,其次是硫酸亚铁和钢铁生产过程。其中,建设阶段和运行阶段的单位污水碳排放强度分别为0.0524 CO2-eq/t和1.4990 CO2-eq/t（3.38%vs.96.62%）;S4的单位污水碳排放强度为1.7056 CO2-eq/t,主要来自火电,其次是硫酸亚铁和钢铁生产过程。其中,建设阶段和运行阶段的单位污水碳排放强度分别为0.0820 CO2-eq/t和1.6235 CO2-eq/t（4.81%vs.95.19%）。可见S2—S4提高了碳排放强度8.73%—71.16%。其中,方案S2在三个方案中的碳排放强度最小,主要源于运行阶段由于火电消耗带来的间接碳排放。（5）根据经济分析结果:原有处理工艺的更新和拟设计方案不同程度地增加了系统的经济成本。在三个情景中,S2有最高的净经济效益比（NEBR,0.2599）,所以该方案的经济效益最佳。（6）根据协同效应得出:污水处理系统升级改造前的协同效应指数（SEI）值为2.0921（S1）,升级改造后和拟设计方案的SEI值分别为4.1113（S2）,0.0433（S3）和0.0017（S4）。可见相对于原来的方案,S2—S4方案的指数值变化幅度在-99.92%～96.52%之间。从其综合性能来看,S2方案是最好的,应该被采用。为进一步提高污水处理系统的综合绩效,提出以下的建议:（1）改善能源的结构与效率;（2）优化现有的工艺流程;（3）完善相应政策措施。