污水处理厂是能源密集型设施,管理者越来越关注污水处理过程中的能源消耗。研究表明,不同污水处理工艺之间吨水能耗差异巨大,这表明对于不同处理工艺过程,能耗的影响变量也不同。探究不同处理工艺中能耗的影响变量并对能耗进行预测,对于政策制定者在规划新的污水处理厂和制定管理计划以提高污水处理的能源效率方面具有重要的价值。此外,有效利用污水处理厂的潜在能量,实现净能源产出也是实现污水处理厂节能降耗的有效途径之一。先前的研究表明,在特定条件下,污水处理厂可以实现能源平衡甚至净能源产出。但是,关于污水处理厂的能耗和能量回收潜力与进水特征间的相关关系信息仍然非常有限,评估污水处理厂能源平衡潜力及相应实现途径已成为日益关注的问题。本文通过对831个分别采用6种处理工艺的污水处理厂样本进行统计分析,建立能耗模型并采用逐步回归方法筛选出影响能耗的关键变量。建立的6种不同污水处理工艺的能耗预测模型表明,对于AAO、氧化沟、SBR和CASS工艺,污水处理厂的进水流量对于决定其能源消耗起到非常重要的作用,即这些处理工艺的能耗受到规模效应的影响,而AO和CAST工艺受规模效应影响较小。此外,其他变量,如COD去除量、氨氮去除量、BOD₅去除量等,对于进一步解释能耗模型至关重要。值得注意的是,污染物去除率对污水处理厂的能耗影响很小。此外,COD有关变量和BOD₅有关变量的相关程度较高,为避免共线性问题,逐步回归建模过程中往往将其中一个变量剔除。研究结果表明所建立的能耗模型的决定系数R²全部在0.6以上,大多数处理工艺的能耗模型的决定系数能达到0.8以上。通常在决定系数值大于0.5时认为模型是可接受的,因此所建立的能耗模型适用于实际过程中的能耗预测,并可对污水处理厂的优化运行提供相关建议。针对AAO工艺,通过探索污水内部所蕴含的可回收能量与污水处理厂能源消耗和能源回收潜力之间的相关关系,建立了一种新的净能源消耗（Net Energy Consumption,NEC）模型,以预测污水处理厂的能源自给水平。结果表明,指数回归模型在预测污水处理厂的年能耗,年剩余污泥产量和生物反应器表面积方面的准确性很高,决定系数均在0.8以上。含有更多内能的污水（由进水中的COD浓度和流量决定）不仅导致污水处理厂的能耗更高,而且使得污泥产量,生物反应器表面积和污水量增加。这意味着污水处理厂可以通过结合污泥焚烧,光伏发电和热能回收来实现节能甚至净能源产出。通过将回归分析与理论公式相结合,在所研究的污水条件范围内(进水COD浓度范围为60-800 mg·L^-1,流量为1296-100000 m³·d^-1),污水处理厂的年净能量需求达到-0.187-0.466k Wh·m^-3。NEC模型显示,可以通过整合对污水内部能量、能量转换方法和环境介质能量的更好认知来实现污水处理厂的净零能耗,这对于政策制定者在规划新的污水处理厂方面具有价值,并为污水处理厂选择合适的能源回收途径提供理论支持。