污水处理是指通过物理法、生物法等手段，为生产污水、生活垃圾污水去除水中的污染物质，使污水的水体能达到排放或再次使用的水质要求。按污水来源分类，污水处理大体上分为城镇污水处理和农村污水处理。城镇污水最重要的包含工业污水、生活市政污水、医疗污水；农村污水最重要的包含农村里的生活污水、农村工业污水等。污水处理按照处理程度来分可分为一级处理、二级处理和三级处理。一级处理主要是去除污水中呈悬浮状态的固体物质，常用物理法。一级处理后的废水BOD去除率只有约20%，仍不宜排放，还须进行二级处理。二级处理的主要任务是大幅度去除污水中呈胶体和溶解状态的有机物，BOD去除率为80%～90%。一般经过二级处理的污水就能够达到排放标准，常用活性污泥法和生物膜处理法。三级处理的目的是进一步去除某种特殊的污染物质，属于深度处理，常用化学法。
据华经市场研究中心旗下网站市场调查网发布的《2019-2024年海南省污水处理市场监测及地区市场投资机会调查报告》显示，污水处理的生物处理技术是利用微生物的新陈代谢功能，将污水中呈溶解或胶体状态的有机物分解氧化为稳定的无机物质，使污水得到净化。根据参与作用的微生物种类和供氧情况分为两大类：好氧生物处理法、厌氧生物处理法。1、好氧生物处理法这种方法主要是在有氧的条件下，借助于好氧微生物（主要是好氧菌）的作用来进行的。依据好氧微生物在处理系统中所呈的状态不同，又可分为活性污泥法和生物膜法两大类。（1）活性污泥法。活性污泥法是当前使用最广泛的一种生物处理法。该法是将空气连续鼓入曝气池的污水中，经过一段时间，水中即形成繁殖有巨量好氧性微生物的絮凝体——活性污泥，它能够吸附水中的有机物，生活在活性污泥上的微生物以有机物为食料，获得能量并不断生长繁殖。从曝气池流出并含有大量活性污泥的污水——混合液，进入沉淀池经沉淀分离后，澄清的水被排放，沉淀分离出的污泥作为种泥，部分回流进入曝气池，剩余的（增殖）部分从沉淀池排放。活性污泥法有多种池型及运行方式，常用的有普通活性污泥法、完全混合式表面曝气法、吸附再生法等，废水在曝气池内停留一般为4-6小时，能去除废水中90%左右的有机物。（2）生物膜法。生物膜法是使污水连续流经固体填料（碎石、煤渣或塑料填料），在填料上大量繁殖生长微生物形成污泥状的生物膜。生物膜上的微生物能起到与活性污泥同样的净化作用，吸附和降解水中的有机污染物，从填料上脱落下来的衰老生物膜随处理后的污水流入沉淀池，经沉淀泥水分离，污水得以净化而排放。生物膜法多采用的处理构筑物有：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池及生物流化床等。2、厌氧生物处理法厌氧生物处理法是在无氧的条件下，利用厌氧微生物的作用分解污水中的有机物，达到净化水的目的。厌氧生物处理法使用历史悠远长久，但与好氧生物处理法相比，有着处理时间长、对低浓度有机污水处理效率低等缺点。过去，厌氧生物处理法常用于处理污泥及高浓度有机废水。世界性能源紧张促使污水处理向节能和实现能源化方向发展，从而促进了厌氧生物处理的发展，一大批高效新型厌氧生物反应器相继出现，包括厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床等。它们的共同特点是反应器中生物固体浓度很高，污泥龄很长，因此解决能力大幅度的提升，从而使厌氧生物处理法所具有的能耗小并可回收能源，剩余污泥量少，生成的污泥稳定、易处理，对高浓度有机污水处理效率高等优点，得到充分地体现。厌氧生物处理法经过多年的发展，现在已经成为污水处理的主要方法之一。目前，厌氧生物处理法不但可用于处理高浓度和中等浓度的有机污水，还能够适用于低浓度有机污水的处理。
污水处理的物理处理技术是指通过物理作用，以分离、回收污水中不溶解的呈悬浮状的污染物质（包括油膜和油珠），在处理过程中不改变其化学性质。物理法简单易操作、经济，常采用的有重力分离法、离心分离法、过滤法及蒸发、气浮法、结晶法等。1、重力分离（即沉淀）法重力分离法是利用污水中呈悬浮状的污染物和水密度不同的原理，借助重力沉降（或上浮）作用，使水中悬浮物分离出来。沉淀（或上浮）处理设备有沉砂池、沉淀池和隔油池。在污水处理与利用方法中，沉淀与上浮法常常作为其他处理方法前的预处理。如用生物处理法处理污水时，一般需事先经过预沉池去除大部分悬浮物质减少生化处理构筑物的处理负荷，而经生物处理后的出水仍要经过二次沉淀池的处理，进行泥水分离保证出水水质。2、过滤法过滤法是利用过滤介质截流污水中的悬浮物。过滤介质主要有：钢条、筛网、砂布、塑料、微孔管等。常用的过滤设备有：格栅、栅网、微滤机、砂滤机、真空滤机、压滤机等（后两种滤机多用于污泥脱水）。3、气浮（浮选）法气浮法是将空气通入污水中，并以微小气泡形式从水中析出成为载体，污水中相对密度接近于水的微小颗粒状的污染物质（如乳化油）黏附在气泡上，并随气泡上升至水面，从而使污水中的污染物质得以从污水中分离出来。根据空气打入方法不一样，气浮处理方法有加压溶气气浮法、叶轮气浮法和射流气浮法等。4、离心分离法离心分离法是含有悬浮污染物质的污水在非常快速地旋转时，由于悬浮颗粒（如乳化油）和污水受到的离心力大小不同而被分离的方法。常用的离心设备按离心力产生的方式可分为两种：由水流本身旋转产生离心力的为旋流分离器；由设备旋转同时也带动液体旋转产生离心力的为离心分离机。旋流分离器分为压力式和重力式两种。因其具有体积小、单位容积解决能力高的优点，近几十年来大范围的使用在轧钢污水处理及高浊度河水的预处理。离心分离机的种类很多，按分离因素分有常速离心机和高速离心机。常速离心机用于分离低浆废水效果可达60%-70%，还可用于沉淀池的沉渣脱水等；高速离心机适用于乳状液的分离，如用于分离羊毛废水，可回收30%-40%的羊毛脂。
污水处理的化学处理技术是指向污水中投加某种化学物质，利用化学反应来分离、回收污水中的某些污染物质，或使其转化为无害的物质。常用的方法有化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原（包括电解）法等。1、化学沉淀法化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使它与污水中的溶解性物质发生互换反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。这种处理法常用于含重金属、氰化物等工业生产污水的处理。按使用沉淀剂的不同，化学沉淀法可分为石灰法（又称氢氧化物沉淀法）、硫化物法和钡盐法。2、混凝法混凝法是向水中投加混凝剂，可使污水中的胶体颗粒失去稳定性，凝聚成大颗粒而下沉。通过混凝法可去除污水中细分散固体颗粒、乳状油及胶体物质等。该法可用于降低污水的浊度和色度，去除多种高分子物质、有机物、某种重金属毒物（汞、镉、铅）和放射性物质等，也可以去除能够导致富营养化物质如磷等可溶性无机物，此外还能够改善污泥的脱水性能。因此，混凝法在工业污水处理中使用十分普遍，既可作为独立处理工艺，又可与其他处理法配合使用，作为预处理、中间处理或最终处理。目前常采用的混凝剂有硫酸铝、碱式氯化铝、铁盐（主要指硫酸亚铁、三氯化铁及硫酸铁）等。当单独使用混凝剂不能够达到应有净水效果时，为加强混凝过程、节约混凝剂用量，常可同时投加助凝剂。3、中和法中和法大多数都用在处理酸性废水和碱性废水。向酸性废水中投加碱性物质，如石灰、氢氧化钠、石灰石等，使废水变为中性。对碱性废水可吹入含有CO2的烟道气进行中和，也可用其他的酸性物质进行中和。4、氧化还原法氧化还原法是利用液氯、臭氧、高锰酸钾等强氧化剂或利用电解时的阳极反应，将废水中的有害物氧化分解为无害物质；利用还原剂或电解时的阴极反应，将废水中的有害物还原为无害物质，以上方法统称为氧化还原法。氧化还原方法在污水处理中的应用实例有：空气氧化法处理含硫污水；碱性氯化法处理含氰污水；臭氧氧化法在进行污水的除臭、脱色、杀菌及除酚、氰、铁、锰，降低污水的BOD与COD等均有显著效果。氧化还原法目前大多数都用在含铬污水处理。
污泥是污水处理的副产品，也是必然产物。在城市污水和工业废污水处理过程中，会产生很多沉淀物与漂浮物，有的是从污水中直接分离出来的，如沉砂池中的沉渣、初沉池中沉淀物、隔油池和浮选池中的渣渣等；有的是在处理过程中产生的，如化学沉淀污泥与生物化学法产生的活性污泥或生物膜。污泥的成分很复杂，不仅含有很多有毒物质，如病原微生物、寄生虫卵及重金属离子等，也可能含有可利用的物质如植物营养素、氮、磷、钾、有机物等。这些污泥若不加以妥善处理，就会造成二次污染。所以，污泥在排入环境前一定要进行处理，使有毒物质得到及时处理，有用物质得到充分利用。污泥处理的一般流程如下：
从二次沉淀池排出的剩余污泥含水率高达99%-99.5%，污泥体积大，在堆放及输送方面都不方便，所以污泥的脱水、干化是当前污泥处理中较为主要的方法。
二次沉淀池排出的剩余污泥一般先在浓缩池中静止沉降，使泥水分离。污泥在浓缩池内静止停留12-24小时，可使含水率从99%降至97%，体积缩小为原污泥体积的1/3。污泥进行自然干化（或称晒泥）是借助于渗透、蒸发与人工撇除等过程而脱水的，一般污泥含水率可降至75%左右，使污泥体积缩小许多倍。污泥机械脱水是以过滤介质（一种多孔性物质）两面的压力差作为推动力，污泥中的水分被强制通过过滤介质（称滤液），固体颗粒被截留在介质上（称滤并），进而达到脱水的目的。常采用的脱水机械有真空过滤脱水机（真空转鼓、真空吸滤）、压滤脱水机（板框压滤机、滚压带式过滤机）、离心脱水机等。一般都会采用机械法脱水，污泥的含水率可降至70%-80%。
（1）污泥的厌氧消化。将污泥置于密闭的消化池中，利用厌氧微生物的作用，使有机物分解稳定，这种有机物厌氧分解的过程称为发酵。由于发酵的最终产物是沼气，污泥消化池又称沼气池。当沼气池温度为30-35℃时，一般的情况下1m3污泥可产生10-15m3沼气，其中甲烷含量大约为50%左右。
（2）污泥的好氧消化。利用好氧和兼氧菌，在污泥处理系统中曝气供氧，微生物分解生物可降解的有机物（污泥）及细胞原生质，并从中获得能量。污泥好氧消化法设备简单、运行管理较为方便，但运行能耗及费用较大，适用于小型污水处理厂污泥量不大、回收沼气量少的场合。而且，当污泥受到工业废水影响，进行厌氧消化有困难时，也可采用好氧消化法。
对主要含有机物的污泥，经过脱水及消化处理后，可用作农田肥料。脱水后的污泥，如要进一步降低其含水率时，可进行干燥处理或加以焚烧。经过干燥处理，污泥含水率可降至20%左右，便于运输，可作为肥料使用。当污泥中含有有毒物质不宜用作肥料时，应采用焚烧法将污泥烧成灰烬，以作彻底的无害化处理，可用于填地或充作筑路材料使用。
