中国城镇化进程的快速推进以及日益严峻的水污染问题,对城市的低碳和可持续发展提出了新的挑战。城市污水处理设施作为城市低碳可持续发展中的至关重要环节,系统的水-能-环境影响关系研究可为城市污水处理系统的能源及环境管理提供科学支撑。本研究构建了全国城镇污水污泥处理系统的混合投入产出模型,计算出全国城镇污水污泥处理系统的全生命周期能耗和环境影响。相较于传统过程分析法,数据收集量及计算量大幅减少,系统边界更为清晰,同时规避了投入产出法与具体的技术选择脱钩的主要缺陷,提高了系统层面上总体考虑城镇污水污泥能源环境影响的可行性。目前中国城镇污水污泥处理系统的高投入、高产污和低效率,使得强调污水、污泥中能源回收和资源化利用的新概念污水污泥处理系统受到日益广泛的重视。基于构建的全国城镇污水污泥处理系统的混合投入产出模型,本研究分别计算分析了传统污水处理系统和新概念污水处理系统各2种类型共4大类的能耗及环境影响,同时预测分析了全国污水系统采用不同情景方式下的能耗及环境影响数值。结果发现,新概念模式相较于传统模式,在能源消耗和环境影响(包括EP和GHG)方面均表现突出,特别是污水引入厌氧氨氧化处理,污泥采用回收农用的新概念模式2,相较于未考虑污泥厌氧消化能源回收利用的传统模式1,GHG、EP、能耗分别降低了 88%,61%和95%,能源环境影响改善巨大。而采用了污泥厌氧消化能源回收利用传统模式2相较于未考虑资源能源回收利用的传统模式1,能源消耗和GHG排放也都得到了较大降低,能源消耗降低了 28%,GHG排放降低了 19.7%。排放标准的科学设定将影响整个城市污水处理系统的能耗及环境影响,本研究通过计算不同排放污水排放标准下,目前主流处理系统及新概念污水处理系统的能耗与环境影响,在此基础上,识别较优的排放标准,为政策手段优化提供技术支持。研究发现,对于传统污水处理厂模式,是否采用污泥厌氧消化能源回收利用对于结果影响较大。如传统模式1,未采用资源能源回收利用,能耗和温室气体排放是二级标准最优。传统模式2采用了污泥厌氧消化能回收利用,能耗和温室气体排放是一级B标准最优。富营养化影响在两种模式中都是逐渐下降的。新概念污水处理厂模式1,能耗和温室气体排放也是一级B标准最优,富营养化影响是一级A标准最优。新概念污水处理厂模式2,温室气体排放,富营养化影响,能源消耗都是一级A标准最优。新概念污水厂强调资源能源消耗在一定程度上能平衡排放标准提高所带来的高资源能源消耗。在具体标准制定落实过程中,应考虑各地不同的环境、经济条件的差异性以及工艺水平的实际情况,科学评估投入与产出的平衡点。