目前,污水厂多采用生物处理工艺降解去除污染物,降解过程既消耗能源又不利于资源回收,并产生温室气体。为此,本研究开发了一种全物化的造粒流化床-流动电极电容去离子(FPB-FCDI)耦合工艺。该工艺将污染物从污水中分离而不是将其降解,不仅可以获得良好的出水水质,降低污水处理过程中的碳排放量,还可以将分离后的高浓度污染物用于碳氮资源回收。实验结果表明,FPB系统中化学需氧量(COD)和总磷(TP)的去除率分别达到了70.71%和84.64%,FCDI系统中氨氮(-N)去除率高达98.50%。FPB-FCDI耦合工艺系统出水的COD、TP、-N浓度分别为(13.43±1.24)(0.16±0.03)(0.29±0.08)mg/L,达到地表Ⅳ类水质标准。此外,由于FPB系统去除了大部分粒径在0.45~6.00μm的非溶解态或胶体态COD,降低了此类COD对后续FCDI系统的潜在影响,从而使FCDI系统的脱氮电流效率从15.33%升至17.33%,比能耗从11.65(kW·h)/kg降低至10.31(kW·h)/kg,充分发挥出FPB-FCDI耦合工艺的协同作用。同时,FPB-FCDI耦合工艺能够减少温室气体产生,回收潜在资源,使处理过程低碳化,工艺运行过程中产生的能耗折算碳排放量为0.42kgCO2/m3,是传统生物处理过程的53.83%,若利用厌氧消化回收FPB系统分离碳源产生的电能,还可以进一步减少0.19kgCO2/m3碳排放量。FPB-FCDI耦合工艺的运行成本为0.42元/m3,仅为传统生活污水处理工艺运行成本的1/4~1/2。本研究探索了一种低碳、高效的污水处理新技术,该技术将为下一代绿色、低碳污水处理工艺的开发提供一种新思路。