水中的污染物，按它们在水中的存在状态可分为悬浮物、胶体和溶解物三大类；按照它们的化学特性可分为无机物和有机物。废水处理方法一般分为物理法、化学法和生物法，每种处理方法都有各自的特点和适用条件，根据不同的原水水质和处理后的水质要求，可单独应用，也可几种方法组合应用，通常每一种处理方法只针对去除某一类或某几类污染物。
（1）混凝
混凝沉淀工艺是目前给水处理、中水处理和部分污水处理的核心工艺，主要包含混合、絮凝、沉淀三个工艺流程，本节中的混凝是混合和絮凝过程的总称。
通过投加混凝剂使水中难以自然沉淀的胶体物质及细微悬浮物聚集成较大的颗粒，使之能与水分离的过程称为混凝。混凝是水处理的重要方法，能去除浊度和色度，还能对水中的无机和有机物污染物有一定的去除效果。在近代水处理技术中，混凝技术广泛用于去除臭味、藻类、氮磷、悬浮颗粒等污染物，混凝过程中投加的药剂称为混凝剂或絮凝剂，传统的混凝剂是铝盐和铁盐，如三氯化铝、硫酸铁等。20世纪60年代开始出现的无机高分子混凝剂，如聚合氯化铝、聚合氯化铁等，因为性价比更高，得到了迅速发展，目前已在世界许多地区取代了传统混凝剂。近代发展起来的聚丙烯酰胺有机高分子絮凝剂、品种甚多而效果优良，但因价格较高且不能完全消除毒性，始终不能代替无机类混凝剂，而主要作为助凝剂使用。
混凝沉淀技术在污水处理领域有着广泛的应用，主要用于除磷及悬浮物质，其应用受到多方面因素的影响，包括水温、pH、碱度及水力条件等。
1）水温
水温对混凝效果有明显的影响。在一定的低水温范围内，即使增加混凝剂的投加量，也难以取得良好的混凝效果。其主要原因是无机盐混凝剂水解需要吸热，低温时混凝剂水解困难。另外，低温时水的黏度大，减小了颗粒之间碰撞的机会。
2)pH
对于不同的混凝剂，水体pH值对混凝效果的影响程度不同。铝盐和铁盐混凝剂，由于它们的水解产物直接受到水体pH值的影响，所以影响程度较大。对于聚合形态的混凝剂，如聚合氯化铝和其他高分子混凝剂，其混凝效果受水体pH值的影响程度较小，因为它们的分子结构在投入水中之前就已经形成。
3）碱度
铝盐和铁盐混凝剂的水解反应过程，会不断产生H+，从而导致水的pH降低。要使pH保持在合适的范围内，水中应有足够的碱性物质与H+中和。原水中都含有一定的碱度，对pH值有一定缓冲作用。当水中碱度不足或混凝剂投量大，pH下降较多，不仅超出了混凝剂的最佳作用范围，甚至影响混凝剂的继续水解或水解产物的电性而影响混凝效果。因此在这种情况下，需补充碱度，通常做法是向水中投加熟石灰以补充碱度。
4）水中杂质的性质、组成和浓度
水中存在的各种离子、悬浮物浓度、颗粒尺寸等都会对混凝效果产生影响，同一混凝剂在不同水体中的混凝效果也存在一定的差别，通常在选择混凝剂时需要进行烧杯试验确定合适的化学药剂。
（2）沉淀
利用某些悬浮颗粒的密度大于水的特性，将其从水中去除的过程称为沉淀。密度大于水的悬浮颗粒有的是在原水本身存在的，有的是胶体经混凝生成的矾花。
颗粒物在水中的沉淀，可根据其浓度和特性，分为自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀4种基本类型。
1）自由沉淀
自由沉淀是指低浓度的离散颗粒在沉淀过程中，互不干扰，其形状、尺寸和质量均不发生变化，下沉速度不受干扰。
2）絮凝沉淀
絮凝沉淀是指絮凝性颗粒在沉淀过程中，由于颗粒之间相互碰撞而凝集，其尺寸和质量均随沉淀深度的增加而变大，沉速亦逐渐增大。
3）拥挤沉淀
拥挤沉淀又称分层沉淀，是指颗粒在水中的浓度过大时，在下沉过程中颗粒间相互干扰，不同颗粒以相同的速度成层下沉，清水与浑水之间形成明显的交界面，该交界面逐渐下移。
4）压缩沉淀
压缩沉淀是指颗粒在水中浓度增高到颗粒相互接触并部分地受到压缩物支撑，在重力作用下被进一步挤压。
在城市污水处理流程中，在沉砂池中砂粒的沉淀以及低浓度悬浮物在初沉池中的沉淀为自由沉淀；活性污泥在二沉池上部和中部的沉淀为絮凝沉淀，污泥斗中的沉淀为拥挤沉淀；剩余污泥在污泥浓缩池中的浓缩过程以压缩沉淀为主。
在市政水处理工艺中采用的沉淀池工艺，包括给水处理和污水处理，主要有平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池。对于大中型的水处理设施，平流沉淀池和辐流沉淀池是采用较多的池型，而竖流沉淀池主要用于相对较小型的水处理系统中。
（3）过滤
通过过滤介质的表面或滤层截留水体中悬浮固体和其他杂质的过程称为过滤。城市污水二级处理出水一般经混凝沉淀后再进入滤池过滤，滤池出水有的经消毒后直接利用，有的还需经活性炭吸附、超滤和反渗透等工艺处理。过滤已成为水的再生利用与回用处理中不可缺少的过程。
过滤有以下三方面的作用：
①去除二级处理出水中的生物絮体，进一步降低水中的悬浮物、有机物、磷、重金属、细菌和病菌的浓度。
②为后续处理装置创造有利条件，保证后续处理构筑物的稳定运行以及处理效率的提高。(www.xing528.com)
③过滤液悬浮物和其他干扰物质浓度的降低，可提高杀菌效率，节省消毒剂用量。另外，过滤还可作为废水混凝所产生的絮体的分离装置。
通常在市政污水处理工艺中，过滤工艺主要用于去除废水中的悬浮固体，使出水的悬浮固体或浊度达到排放或回用的要求。砂滤是最常见的过滤工艺，该工艺以石英砂为过滤介质截留水质的悬浮物质，过滤一定时间后，滤池进行反冲洗。
（4）中和
酸性和碱性工业废水的来源广泛，如化工、化纤、制药、印染、造纸和金属加工等行业都有酸性或碱性废水排水。废水中含无机酸碱或有机酸碱，并含有重金属离子、悬浮物和其他杂质。对于高浓度的酸碱废水（酸或碱含量大于3%），应首先考虑回收和综合利用途径，只有当废水无回收或综合利用价值时，才采用中和法处理。用化学法使废水pH值达到适宜范围的过程称为中和。
酸性废水的中和方法可分为：与碱性废水互相中和、药剂中和、过滤中和；碱性废水的中和方法可分为：与酸性废水互相中和、药剂中和。在污水处理中最常用的是药剂中和，通过投加碱性或酸性药剂中和废水的pH使其达到要求的范围。
向酸性废水中投加碱性药剂，使废水pH值升高的方法称为酸性废水药剂中和法。常用的中和剂有石灰、石灰石、碳酸钠、苛性钠、氧化镁等。投加石灰乳时，氢氧化钠对废水中杂质有凝聚作用，因此适用于杂质多浓度高的酸性废水。向碱性废水中投加酸性药剂，使废水pH值降低的方法称为碱性废水的药剂中和法。常用的中和剂有硫酸、盐酸等。
（5）化学沉淀
向工业废水中投加某种化学物质，使其和废水中溶解性物质发生反应，并生成难溶盐沉淀，从而将该溶解性物质从废水中去除的方法称为化学沉淀法。该法一般用以处理含金属离子和某些阴离子
的工业废水。氢氧化物、硫化物和碳酸盐等常被作为沉淀剂使用。
1）氢氧化物沉淀法
由于实际废水组分复杂，一般需通过实验确定相关操作参数，同时应注意有些金属离子的不同特性，选择合适的pH范围以确保沉淀不会重新溶解。因此，用氢氧化物法分离废水中的重金属时，废水的pH值是操作的一个重要条件，pH值不在合适范围会导致处理效率的下降或失败。氢氧化物法的最经济化学药剂是石灰，一般适用于不准备回收技术的低浓度废水处理。
2）硫化物沉淀法
硫化物沉淀法常用的沉淀剂有硫化钠、硫化钾等。许多金属能形成硫化物沉淀。大多数金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的要小很多，采用硫化物作沉淀剂可使废水中的金属得到更高效率的去除。但是，由于硫化物沉淀法处理费用较高，硫化物固液分离困难，常需要投加凝聚剂。因此，该方法的应用并不广泛，有时可作为氢氧化物沉淀法的补充来使用。
3）碳酸盐沉淀法
锌和铅等金属离子的碳酸盐的溶度积也很小，可投加碳酸钠从高浓度的含锌或铅废水中回收重金属。
（6）氧化还原
通过氧化还原反应将废水中溶解性的污染物质去除的方法称为废水氧化还原法处理。在化学反应中，失去电子的过程称为氧化，得到电子的过程称为还原。失去电子的物质称为还原剂，在反应中被氧化；得到电子的物质称为氧化剂，在反应中被还原。氧化作用和还原作用总是同时发生的。每个物质都有各自的氧化态和还原态，其氧化还原电位的高低决定了该物质的氧化还原能力。
根据废水中污染物质在氧化还原反应中被氧化或被还原的差异，废水的氧化还原处理法可分为氧化法和还原法两大类。
向废水中投加氧化剂，使废水中有毒有害物质转化为无毒无害或毒害作用小的新物质的方法称为药剂氧化法。在废水处理中常用的氧化剂有：空气中的氧、臭氧、氯气、次氯酸钠、二氧化氯、过氧化氢等。氧化法主要用于去除废水中无机氰化物和有机物等污染物质。同理，若向废水中投加的是还原剂，使废水中有毒有害物质转化为无毒无害或毒害作用小的新物质的方法称为还原法。还原法主要用于去除废水中的高价重金属离子，如Cr6+等，投加的还原剂使Cr6+转化为Cr3+，再通过加入氢氧化物使其产生沉淀去除。
（7）膜分离
膜分离技术自20世纪50年代以来获得快速发展，并在海水及苦咸水淡化、出水制备、废水处理及资源化和一些工业分离过程中得到越来越广泛的应用。按照膜的分离精度，可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，其功能适用性见表8.1。
表8.1 常见膜分离技术主要特点
在水处理过程中，主要使用微滤膜，在饮用水处理工艺中使用微滤膜可去除水中的浊度，替代常规的过滤工艺；市政污水处理工艺中，将微滤膜和活性污泥法结合起来的MBR工艺，在有机物去除率，出水水质方面体现出了明显的优势，有较多的实际工程案例。
（8）消毒
城市污水二级处理后出水经相应的深度处理工艺后可作为工业回用水、农业灌溉水、市政用水和地下（地表）补充水进行再利用。消毒是城市污水再生利用水质安全保障技术之一，另外对于医院污水也需经严格消毒后才排入接纳水体。消毒主要是杀死对人体健康有害的病原微生物。在市政污水处理中，常用的主要是紫外线消毒和氯消毒。
1）紫外线消毒
紫外线消毒属于物理消毒法中的一种。紫外线的波长范围为200～390 nm，波长260 nm左右的紫外线杀菌能力最强。因为细菌DNA对紫外线的吸收峰在260 nm处，DNA吸收紫外线后分子结构被破坏，引起菌体内蛋白质和酶的合成发生障碍，最终导致细菌死亡。
与氯消毒剂相比，紫外线消毒的优点是无须化学药品，不会产生THMs类消毒副产物，杀菌作用快；无臭味，无噪声；操作容易，管理简单，运行和维修费用低。缺点是消毒效果受浊度和悬浮物影响较大；无持续消毒作用。
2）氯消毒
在市政污水回用中，对于需要通过管道输送再生水的非现场回用情况需采用加氯消毒方式，相对于紫外消毒方式，氯消毒由于具备持续的消毒能力，在某些场合具有紫外消毒不可替代的属性。
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