传统意义的污水处理厂是作为人类生活污水、生产废水的污染物去除的处理工业来定义的，这种模式下，造成水质污染的各种因子都被作为污染因子通过不同的途径加以去除，有些进入空气中，有些被固定和浓缩到污泥中去做进一步的处置。污水厂是作为一个环境治理的市政基础设施行业，并具有公益性的环境运行企业来对待的，这种模式也使污水厂长期依赖居民的使用者付费和各地政府补贴的方式来进行运行。污水厂没有明确的收入来源，也很难形成健康的经济链条，这种局面很大程度上制约了污水厂的良性发展。
 
　　联合国对可持续发展的定义是：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求的发展。在联合国发布的《2030年可持续发展议程》核心内容所阐述的17个可持续发展目标，包括清洁水和卫生设施、可负担的清洁能源、工业、创新和基础设施、可持续城市和社区、负责任的消费和生产、气候行动、水下生物和陆地生物等。同样在世界各国的政府部门，全球性的协作组织、科学研究人员都逐步意识到污水处理过程中的污染物其实是各种类型的资源，包括处理完后的污水都是可重复利用的水资源，为此世界各地的污水厂都在不断地研究开发污水厂的资源化进程。其中比较前沿的一些方向主要有以下几个方面：
 
　　一、营养物质的回收。
 
　　污水厂对营养物质(氮、磷)的去除需要投入精细复杂的管理，额外的药耗等，这些措施大大增加了污水厂的运行管理难度和成本，也是污水厂运行中超标排放的主要因子。但是通过工艺过程去除的营养物质，其实是宝贵的资源，比如污水厂使用生物和化学工艺联合去除的磷，是农业中促进农作物快速生长的化肥，但是由于在污水厂中，并没有采取针对性的磷的回收利用工艺，使污水中的磷沉淀到污水厂的泥饼中，和各种污染物混杂在一起，导致磷的回收困难，污水中的磷大量的流向垃圾填埋场和其他的污泥处置场所去。世界各地的科技工作者开发了多项污水中磷的回收技术，包括鸟粪石沉淀、污泥焚烧灰烬中磷酸盐的回收、单质金属的磷酸盐沉淀回收等，这些技术都开始向工业应用转化，并逐步在多家污水厂开始实施，使污水厂中营养元素得到了回收，原来的废弃污染物成为可回收利用的矿产资源。
 
　　二、温室气体的减少和捕捉。
 
　　污水厂作为温室气体的排放大户的观点已经被人们所接受，由于污水厂承担着对人类生产生活中产生的废弃有机物的降解作用，通过采用的好氧曝气的方式，在微生物的作用下氧化有机物转化成CH4和CO2释放到空气中，降低了水体内的有机物污染，但是增加了大气中的温室气体含量。对于这种排放，相对应的研究也在开展，比如对预处理段进行改良，增加厌氧处理等方式快速降解有机物转变为CH4，并实施捕捉，这种方式可以减少进入好氧段的有机物数量，降低温室气体的排放量；通过强化的预处理方式，将大部分污染物浓缩在预处理的污泥中，使污水厂的污泥中的有机物含量增加，再通过厌氧消化的方式把这些有机物可控的收集捕捉起来并加以利用，可以降低温室气体的不可控排放。
 
　　三、通过优化而不是升级改善污水厂运行
 
　　污水厂建设多年以后，面临进水浓度值和设计浓度值相差较大，出水水质标准随着各地政府的要求而发生变化，设施设备老旧磨损不再具备相应的工艺功能，这样的情况下，污水厂采用升级扩建甚至新建的方式来改善运行，这种模式势必消耗大量的资金和能源等。污水厂现有的管理水平低下，多数污水厂技术投入不足，粗放型的管理造成污水厂运行状况较差。对厂内工艺进行优化，真正发挥工艺本身的运行特点，建设以保障微生物生存环境为核心的管理体系，这样对污水厂的可持续发展和资源成本支出的控制都有很大的改善，而不是简单的用资金解决问题。
 
　　四、污泥的资源化利用
 
　　污水厂绝大部分污染物都被固定和浓缩到污水厂的污泥中去，这些污染物从另一个角度看是资源，对污泥中的资源积极的开发利用，是未来污水厂资源化转型的重要途径，磷的回收利用前面已经提到过，别的元素也可以在污泥的资源化利用过程中进行，污泥中含有大量的金属元素，可以通过各种金属回收方式来获得。各地区的污水中会含有各地土壤中含量较高的一些金属元素，在欧盟CRM列出的21种金属和准金属成分中，一些污水厂的污泥中甚至发现约15种元素的含量大于10mg/kg。研究污水污泥中元素含量的来源和可持续性应该是未来研究的主题。在一些国家的污水厂污泥中各类金属的含量为：金(1.1 毫克/千克干重)、铝(19,272.9毫克/千克干重)、镁(6677.6 毫克/千克干重)、钛(1730.9 毫克/千克干重)、镓(20.9 毫克/千克干重)和砷(16.6毫克/千克干重)。这样的含量表明每年在污泥干重中埋藏着数十万种关键战略金属、数十公斤贵重黄金和数百公斤白银，这些数据表明污水厂的脱水污泥的储存场地或者污泥填埋场在未来可能会成为关键的、战略的和贵重元素的宝贵替代来源。
 
　　五、再生水资源
 
　　污水厂处理后的水质与地表水的标准仍有很大的差距，一定要以地表水的要求来约束污水厂会造成污水处理过程中资金和资源的极大程度投入，而对处理后的环境低标准水有目的性回用，会减少污水厂的处理过程的过度投入，并形成良好的水资源循环利用经济链。通过污水处理后的可利用水资源的回收是更可持续地管理水资源和解决水资源短缺问题的一种手段。污水再生回用的优势得到了广泛认可。在面临水资源短缺的地区，这种再生水是一种至关重要的资源，可以扩大可用水资源供应，优化利用，并促进企业、行业和社区之间的共生关系。城市的道边绿植、园林等绿化可以完全使用污水厂再生水进行替代，减少清洁水的使用；一些耗水大用户的工业企业，应完全使用污水厂的再生水，如果需要可以在使用前进行针对性的企业工业用水标准的处理，这样可以降低对水资源的过度开采；农业农村污水应结合农业灌溉特点，严控卫生标准，提高氮磷含量，保持营养成分，就近回灌农田，缩短水处理循环流程，降低污水处理难度和投入。
 
　　污水厂的资源化进程仍有很多路要走，对于政策制定者和城市管理者，以及污水处理从业者来说，观念的扭转至关重要，这其中有大量艰巨的工作要去完成，未来的污水厂不是污染物的消减工厂，而是资源产出工厂，这才能实现污水处理行业的良性发展。