废水中的污染物质是多种多样的，往往不可能用一种处理单元就能够把所有的污染物质去除殆尽。 一般一种废水往往需要通过由几种方法和几个处理单元组成的处理系统处理后，才能达到要求。采用那些方法或那几种方法联合使用需根据废水的水质和水量，排放标准，处理方法的特点，处理成本和回收经济价值等，通过调查、分析、比较后决定，必要时，要进行试验研究。
针对不同污染物质的特性，发展了各种不同的废水处理方法，特别是对工业废水的处理。这些处理方法可按其作用原理划分为四大类：
1、物理法
物理法是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变污染物的化学性质，属物理法的有沉淀、浮选、离心、过滤、磁力、蒸发、结晶等。
a、沉淀分离：是利用重力作用使密度大于1的粗粒悬浮物质沉降分离出来。又称自然沉淀分离。当向废水投入化学聚凝剂，使胶体和粒径与其接近的悬浮固体聚凝沉降，称混凝沉淀分离。
b、浮选分离：对密度小于1或接近1的悬浮物质难以用沉淀分离处理，可采用浮选方法分离。如利用密度差进行上浮的自然浮选分离（去除浮油）；简单充入空气进行泡沫分离（去除表面活性剂）；加入药剂（浮选剂）并充入空气进行气浮分离（去除乳化油、金属离子等）。
c、离心分离：高速旋转的物体能产生离心力，含悬浮物废水在高速旋转时，由于悬浮颗粒（或乳化油）的质量不同，因而所受离心力大小也不同，质量大的被甩到外围，质量小的则留在内圈，通过不同出口分别引导出来，从而回收废水中悬浮物（或乳化油）。
d、过滤分离：是让废水通过一层带孔眼的过滤装置或介质，尺寸大于孔眼尺寸的悬浮颗粒被截留，使用一定时间后，将截留物反洗除去。废水处理所用的介质有：格栅、滤网、石英砂、筛网纤维织物、微孔管、煤屑等。
e、磁力分离：利用磁场力的作用截留废水中的不溶性污染物质。磁性污染物可直接通过磁场去除。非磁性污染物需投加磁粉接种后，才能通过磁场予以去除。一般用于去除废水中的悬浮物及沉淀法难以分离的细小悬浮物和胶体，如色度、油、BOD、重金届离子、藻类、细菌、病毒等。
f、蒸发分离：借加热作用使废水溶剂汽化和污染物质浓缩。多用于酸碱度液的浓缩回收及放射性废水处理。
g、结晶分离：是从过饱和溶液中结晶析出具有结晶性能的固体污染物，从而达到分离的目的。如从硫酸废液中回收硫酸亚铁、从含氰废水中回收黄血盐钠、从染料废液中回收大苏打。利用结晶析出污染物有不移除溶剂和移除部分溶剂两种。不移除溶剂结晶法利用冷却降温产生过饱和溶液，故适用于溶解度随温度降低而显著。
降低的物质的结晶。而移除部分溶剂是溶液的过饱和借一部分溶剂在沸点时的蒸发或低于沸点叫的汽化而获得， 故适用于溶解度随温度降低而变化不大的物质结晶。
2、化学法
化学法是利用化学反应，去除污染物质或改变污染物质的性质。主要方法有中和、混凝、氧化还原和电解法。
a、中和法：对低浓度的酸、碱废水，在没有经济有效的回收利用价值时，应利用酸与碱中和以调整废水的pH值达中性排放。
酸碱废水的中和处理方法有：酸、碱废水互相中和、投药中和、过滤中和以及用烟道气中和。酸性废水中和剂有：石灰、电石渣、石灰石、苛性钠等；碱性废水中和剂有：硫酸、盐酸、硝酸以及烟道气（含CO2、SO2等）。
b、混凝法：于废水中投入电解质作混凝剂，水解后在废水中形成胶团，产生电中和而凝聚成絮状颗粒，在沉降过程中，废水中的细小分散固体颗粒亦被吸附，形成絮状颗粒一起沉降。该方法常用于毛纺厂洗毛、煤气洗涤、印染和石油化工的有机废水等。
c、氧化还原法：是利用溶解于废水中的有毒物质在化学反应中能被氧化或还原的性质，将它们从废水中分离出来或转变为无毒（或微毒）物质，从而达到处理目的。
氧化包括空气氧化，即利用空气氧化废水中有机物质和还原性物质，如炼油厂的含硫废水；氯氧化：即利用氯（如漂白粉、次氯酸钠和液氯等）来消毒和处理废水中一些有机物和还原性质的有害物质，如酚类、醇类、以及洗涤剂、油、氰化物等；臭氧氧化：臭氧是氧的同素异构体，是强氧化剂。在水处理中对除臭、脱色、杀菌、除酚、氰、铁、锰和降低COD、BOD等都具有显著的效果。
还原：常用还原剂有SO2、H2S、NaHSO3、FeSO4等。金属还原系用金属粉或金属屑将废水中的重金属离子还原成低价金属离子或金属。如用铜屑过滤汞（Hg2+）废水，可得金属汞（Hg）。
d、电解法：是借助于电流进行化学反应的过程。废水在通以直流电时，废水中电解质的阴离子移向阳极， 并在阳极失去电子而被氧化，阳离子移向阴极，并在阴极得到电子而被还原。利用电解法可以去除废水中氰、酚、重金属离子等、悬浮物等，还可进行脱色处理。
3、物理化学法
物理化学法是利用物理化学作用去除废水中的污染物质。主要有吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法、气提法和吹脱法等。
a、吸附法：利用多孔性固体吸附剂（活性炭、沸石、硅藻土、焦炭、木炭及木屑等），使废水中的溶质吸附在固体表面上，达到分离的目的。吸附分离技术已广泛使用在含金属离子废水、含酚废水、城市污水及炼油、农药、石油,化工等工业废水的深度处理。
b、离子交换法：利用离子交换剂等当量地交换离子的作用，处理、回收废水中的离子。多用于处理含重金属离子及放射性元素的废水。
离子交换剂有无机离子交换剂和有机离子交换剂（离子交换树脂）两类。无机离子交换剂有天然沸石、合成沸石、磺化煤等。离子交换树脂由空间网状结构的母体和附在其上的活性基团组成。活性基团的活动离子可和废水中的污染物离子进行等当量的交换。
c、膜分离（电渗析）法：是在离子交换法基础上发展起来的一项新分离技术。但与离子交换法不同在于它是采用离子交换膜，而不是离子变换树脂。工业废水中含有金属盐，无机酸、碱及有机电解质，废水中这些物质的阴、阳离子在（电渗析器中）直流电场的作用下，阳离子透过阳膜向阴极移动，阴离子透过阴膜向阳极移动（其推动力为电动势）。从而达到废液浓缩，清（淡）水回用。
d、萃取法：是利用溶质在水中和溶剂中溶解度的不同，使废水中的溶质转溶入另一与水不互溶的溶剂中，然后使溶剂与废水分层分离。若使溶质与溶剂分离，即可从溶剂中回收溶质，并使溶剂得以再生。在萃取过程中所用的溶剂称为萃取剂。
e、气提法：利用蒸汽蒸馏去除废水中的挥发性物质（如挥发酚、单元酚、苯酚、甲酚、甲醛、苯胺等）。主要设备为汽提塔，有填料塔、泡罩塔、筛板塔及浮阀塔等。
f、吸脱法：让空气与水充分接触，使废水中的溶解气体（硫化氢、氰化氢、二氧化碳、 二硫化碳、丙烯腈）随空气逸出。吹脱法主要设备有吹脱池及吹脱塔。
4、生物法（即生物化学法）
生物法是处理废水中应用最久，最广和比较经济有效的一种方法。它是利用各种微生物，将废水中有机物分解并向无机物转化，达到废水净化的目的。主要有活性污泥法、生物膜法、生物塘及土地处理系统等。
a、活性污泥法：在充分曝气供氧的条件下，废水与絮凝状的生物污泥（即活性污泥）接触，以去除废水中的有机物或某些特定的无机物。主要构筑物为曝气池及二次沉淀池。
b、生物膜法：是利用附着在固体表面上的微生物膜，与废水进行固、液析间的物质交换， 并在膜内进行生物氧化达到去除废水中有害物质。根据废水与生物膜的接触形式不同，可分为生物滤池、生物转盘、接触氧化法等。
c、生物塘法：在自然条件下，依*大量繁殖的微生物转化废水中的有机物。生物塘有：氧化塘、兼性氧化塘、厌氧塘、曝气氧化塘等。
d、土地处理系统：是利用土壤及其中微生物和植物对污染物的综合净化能力来处理城市污水和某些工业废水；同时利用污水中的水分和肥分来促进农作物、草或树木生长、并使其增产的—种工程设施，土地处理系统应包括污水的预处理设施（罐头化塘即生物塘等）、贮水湖（水库）、灌溉系统和地下排水系统等部分组成，在土地处理系统中，大都使用氧化塘或曝气湖进行二级预处理，贮水湖则是用于非灌溉期的污水贮存，以免污染承接的水体。
工业废水处理厂（站）的处理流程一般根据污水的性质而定，而有机性工业废水的处理方法与城市污水的处理方法基本相同。
城市污水处理厂叫分为一级处理污水厂、二级处理污水厂和三级处理污水厂三种。
一级处理污水厂一般采用格栅、沉沙和沉淀等物理处理（又称机械处理）的方法，能去除污水中的部分有机物（BOD35％）和叫沉悬浮固体（60％），可去除80％-90％的寄生虫卵。 一级处理后加氯消毒即排入水体。如果处理后的污水是排入海洋或有足够稀释水量的水体，而且没有使水体中溶解氧降低到危险的程度，这种处即是足够的。
当一级处理达不到排放要求的，往往应考虑采用二级处理，二级处理常用生物处理方法。主要处理对象是污水中的胶体状和溶解性有机物。通过二级处理一般能去除90％左右可生物降解的氮、磷等植物营养素。
三级处理，又称深度处理，主要处理对象是氮、磷等营养物质，能有效地控制水体的富营养化，它不仅能净化除去植物营养分，而且还能提高对BOD和悬浮固体的去除率。
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