汙水處理的需求是伴隨著城市的誕生而產生的。城市汙水處理技術，歷經數百年變遷，從最初的一級處理發展到現在的三級處理，從簡單的消毒沉澱到有機物去除、脫氮除磷再到深度處理回用。
汙水處理的需求是伴隨著城市的誕生而產生的。城市汙水處理技術，歷經數百年變遷，從最初的一級處理發展到現在的三級處理，從簡單的消毒沉澱到有機物去除、脫氮除磷再到深度處理回用。其中，活性汙泥法的問世更是具有劃時代的意義。而今年正值活性汙泥法誕生104週年。城市汙水處理技術今後究竟將如何發展？對此，不如先讓我們回顧一下那些年城市汙水處理走過的路。
汙水處理技術發展史
城市汙水處理歷史可追溯到古羅馬時期，那個時期環境容量大，水體的自淨能力也能夠滿足人類的用水需求，人們僅需考慮排水問題即可。而後，城市化進程加快，生活汙水通過傳播細菌引發了傳染病的蔓延，出於健康的考慮，人類開始對排放的生活汙水處進行處理。早期的處理方式採用石灰、明礬等進行沉澱或用漂白粉進行消毒。明代晚期，我國已有汙水淨化裝置。但由於當時需求性不強，我國生活汙水仍以農業灌溉為主。1762年，英國開始採用石灰及金屬鹽類等處理城市汙水。
十八世紀中葉，歐洲工業革命開始，其中，城市生活汙水中的有機物成為去除重點。1881年，法國科學家發明了第一座生物反應器，也是第一座厭氧生物處理池—moris池誕生，拉開了生物法處理汙水的序幕。1893年，第一座生物濾池在英國Wales投入使用，並迅速在歐洲北美等國家推廣。技術的發展，推動了標準的產生。1912年，英國皇家汙水處理委員會提出以BOD5來評價水質的汙染程度。
1914年，自英國曼徹斯特活性汙泥法二級生物處理技術問世以來，一直被世界各國廣泛採用，目首發達國家已經普及了二級生物處理技術。但針對活性汙泥法存在的問題，各國研究人員對該技術不斷進行改造和發展，先後出現了普通活性汙泥法、厭氧/缺氧/好氧活性汙泥法(A/O,A /A/O)、間歇式活性汙泥法(SBR 法)、改良型SBR (MSBR) 法、一體化活性汙泥法(UNITANK)丶兩段活性汙泥法(AB法) 等，以及各種類型的生物膜法等。
經濟發達國家汙水處理技術從20 世紀60 年代的末端治理到70 年代的防治結合，從80年代的集中治理到90年代的清潔生產，不斷更新處理工藝技術、設施和設備。目前汙水生物處理技術的主要發展趨勢是多種技術組合為一體的新技術、新工藝， 如同步脫氮除磷好氧顆粒汙泥技術、電/生物耦合技術、吸附/生物再生工藝、生物吸附技術以及利用光、聲、電與高效生物處理技術相結合處理高濃度有毒有害難降解有機廢水的新型物化，生物處理組合工藝技術，如光催化氧化生物處理新技術、電化學高級氧化/高效生物處理技術、超聲波預處理/高效生物處理技術、溼式催化氧化/ 高效生物處理技術以及輻射分解生物處理組合工藝等。
許多國家在水環境汙染治理目標與技術路線方面已經有了重大變化，水汙染治理的目標已經由傳統意義上的“汙水處理、達標排放”轉變為以水質再生為核心的“水的循環再用”，由單純的“汙染控制”上升為“水生態修復和恢復”。
生物處理技術發展史
傳統觀點認為，生物處理的主要功能是分解、穩定有機物，即降低BOD。隨著工業生產的發展和對水環境的長期觀察與研究表明，很多人工合成的有機物具有“三致”(致癌、致畸、致突變) 的嚴重危害，並且難以被微生物所降解，而無機性的營養物如氮、磷則容易引起水體的富營養化。因此，水處理的要求也在不斷變化，除要求水處理工藝具備脫氮除磷功能外，還要求將工業化生產、通過高溫高壓合成的各類汙染物在汙水處理過程中得到有效控制，因為這一類物質在自然界的降解需要幾百年甚至上千年，還將不斷富集，濃度不斷增大，直接危害生態環境和人類生活的健康。生物處理技術對這種類型的汙水處理是否有效，一些BOD、COD濃度很高，甚至高達數萬mg/L的汙水，生物處理技術能否有效，這些新的問題和新的要求，推動了世界汙水生物處理技術和工藝方法的發展。
按照微生物的生長方式，生物法可分為以活性汙泥法為代表的懸浮生長法和以生物膜法為代表的附著生長法。目前，城市汙水處理以活性汙泥法的應用最廣。但是，由於傳統活性汙泥法運行需要消耗大量的能源，運行費也較高，需要進行革新。為開發高效、低耗的城市汙水處理新技術、新工藝，國內外開展了大量的研究，並取得了一定的成就。
1.生物處理微生物
傳統的汙水生物處理技術主要依賴兩大類微生物，即異養型好氧微生物和異養型厭氧微生物。近幾十年來，科學家和工程師共同合作，對汙水生物處理中的微生物進行比較深人的研究，取得了很多成果，如: 對活性汙泥中細菌和原生動物的不同種類和特性及其協同作用的研究，推進了AB法工藝的發展; 對於硝化、反硝化細菌的研究，以及聚磷菌特性的研究，推進了具有脫氮功能的A/O法工藝以及具有脫氮除磷功能的A/A/O法工藝的發展; 對於厭氧微生物種群和特性的研究，以及發現了厭氧微生物具有部分降解大分子合成有機物的能力，推進了厭氧生物處理工藝以及用厭氧/好氧串聯流程處理含難降解有機物廢水的工藝發展; 對於高效菌的篩選、培養和固定化的研究，為進一步提高汙水生物處理的效能，特別是為難生物降解有機物的處理提供了有效的途徑。
2.生物處理工藝
生物處理中的三大要素是微生物、氧和營養物質。反應器是微生物棲息生長的場所，是微生物對汙水中的汙染物加以降解、利用的主要設備。高效的反應器，要能保持最大的微生物量及其活性， 要能有效地供應氧(或隔絕氧)，要使微生物、氧和汙水中的有機物之間能充分接觸良好的傳質條件。反應器按其特性，大致可分為以下幾類:
①懸浮生長型(如活性汙泥法) 或附著生長型(如生物膜法);
②推流式或完全混合式;
③連續運行式(如傳統活性汙泥法) 或間歇運行式(如SBR法)。
(1) 活性汙泥法
活性汙泥法自1914 年由Arden和Lockett 開創至今，已經過104年的發展與實踐，在供氧方式、運轉條件、反應器形式等方面不斷得到革新和改進。最早出現的傳統活性汙泥法屬於推流式曝氣池，由於靠近水池進水口的基質濃度高於出口端的基質濃度，而最初的設計沒有考慮到這種需氧量的變化，結果造成了一些部位氧的不足。為改進供氧不均勻的缺點，1936 年將均勻曝氣的方式改為沿推流方向漸減曝氣的方式，大部分的氧量在基質去除相當快的進水端輸人，而以內源代謝和衰減為主要反應作用的出水端僅需少量的氧，這也就是傳統活性汙泥法比較標準的形式一一漸減曝氣活性汙泥法。
活性汙泥法的另一個變種一一階段曝氣法於1942 年出現。階段曝氣法又稱多點進水法，進水分成幾股，然後幾股汙水從曝氣池的不同點進人，從而使需氧量分配均勻。在汙泥同原水混合前，使汙泥進行再曝氣的想法得到了更進一步的發展。
1951年出現了接觸穩定活性汙泥法，它是傳統活性汙泥法的另外一種發展形式。為了避免在推流式曝氣池中因基質濃度梯度造成的微生物不適應，使微生物群落保持相對穩定的狀態。
到20世紀50年代末，出現了完全混合式活性汙泥法，這種形式的優點是提供了一個有利於細菌絮體生長，不利於絲狀菌生長的環境，汙泥的沉降和密實性都很好，但是由於基質梯度的變化使系統容易受有毒物質的千擾。為了克服其他幾種改進形式的缺點(必須處置大量的汙泥，流程的運行控制要求嚴格)，出現了延時曝氣法，由於有一個完整的細胞平均停留時間，所以，穩定程度相當高，然而由於經濟問題的限制，它僅用於汙水濃度低的小型設施。另外，還出現了純氧曝氣法、深井曝氣法等。
1) SBR法的發展
作為傳統活性汙泥法的改進，SBR法有著廣泛的應用前景。SBR法是序批式間歇活性汙泥祛(又稱序批式反應器) 的簡稱，它是目前受到國內外廣泛重視、研究和應用較多的一種汙水生物處理技術，特別是隨著先進的自動控制技術的發展，汙水處理廠的自動化管理程度大大提高，為SBR活性汙泥法的推廣應用提供了更為有利的條件。
SBR工藝在設計和運行中，根據不同的水質條件、使用場合和出水要求，有了許多新的變化和發展，產生了許多變型。ICEAS與傳統SBR相比，增加了一個預反應區。且連續進水、間歇排水，但由於在沉澱期進水影響了泥水分離，使進水水質受到了限制。DAT-IAT 工藝克服了ICEAS的缺點，將預反應區改為與SBR反應池IAT 分立的預曝氣池DAT, DAT 連續進水、連續曝氣，主體間歇反應器IAT在沉澱階段不受進水的影響，且增加了從IAT到DAT的迴流。但是對於含生物難降解有機物汙水的處理，DAT IAT並不能取得好的效果，而CASS工藝克服了這個缺點，將ICEAS的預反應區革新為容積小、設計更加優化合理的生物選擇器，並將主反應區的部分剩餘汙泥迴流至選擇器，沉澱階段不進水，因而系統更加穩定，且具有良好的脫氮除磷效果。IDEA 又是CASS的發展，主要是將生物選擇器改為與SBR 主體構築物分立的預混合池。但以上工藝均只能做到進水連續，而排水間歇。為了克服間歌排水這個缺點，UNITANK工藝集合了SBR和三溝式氧化溝的優點，一體化設計，做到連續進水連續出水，並且汙泥自動迴流，與CASS相比省去了汙泥迴流設備。但UNITANK 工藝還存在中溝汙泥濃度低及過分依賴於儀表裝置等缺點，如一旦進水閥門損壞，整個系統無法工作。為了克服UN-TANK 工藝的缺點，又產生了一種新型的SBR系統MSBR,它實質上是將A/A/O工藝與SBR系統串聯而成，採用單池多格方式，省去了許多閥門儀表等，增加了汙泥迴流又保證了較高的汙泥濃度，有很好的脫氮除磷效果。近幾年，其他許多SBR系統的研究也得到了深人，如厭氧SBR、多級SBR等，均取得了良好的效果。隨著技術的不斷進步和深人研究，將出現更多的SBR變型工藝。
2) 氧化溝的發展
氧化溝是活性汙泥法的一種改型，其曝氣池呈封閉的溝渠型，汙水和活性汙泥的混合液在其中進行不斷的循環流動，因此又被稱為“環形曝氣池”、“無終端的曝氣系統”。
氧化溝工藝形式的改進和發展與其曝氣設備的開發和研究是分不開的。20 世紀60 年代末，荷蘭的DHV公司將立式低速表曝機應用於氧化溝工藝，將其安裝在氧化溝中心隔牆的末端，利用其所產生的攪拌推動力使水流循環流動，使氧化溝的有效水深增加至4.5m,該工藝即為Carrousel氧化溝工藝，幾乎與此同期，Lecmple和Mandt 首次將水下曝氣和推動系統應用於氧化溝工藝，開發了射流曝氣氧化溝工藝，使氧化溝的有效水深和寬度相互獨立，其深度可達7~8m。1970年，南非開發了轉盤曝氣機而出現了Orbal氧化溝工藝。近年來，荷蘭DHV公司推出了兩層渦輪立式曝氣機; 德國Passavant 公司開發了具有抗腐蝕強、強度高、重量小的玻璃鋼強化型轉刷葉片; 美國USFilter Envirex公司開發了以曝氣轉碟(推動水流) 和粗泡曝氣相結合的垂直循環流反應器(VLR) 氧化溝工藝。
目前，國外研究開發氧化溝工藝和生產氧化溝噪氣裝置的公司及機構日趨增多，氧化溝技術還將得到發展。
3) AB法的發展
AB工藝是吸附/生物降解工藝的簡稱。這項汙水生物處理技術是由德國亞琛工業大學的BothoBohnke教授為解決傳統二級生物處理系統存在的去除難降解有機物和脫氮除磷效率低及投資運行費用高等問題，在對兩段活性汙泥法和高負荷活性汙泥法進行大量研究的基礎上，於20世紀70 年代中期開發、80年代開始應用於工程實踐的一項新型汙水生物處理工藝。
AB工藝在我國的研究和應用經歷了三個階段。首先是對AB工藝的特性、運行機理及處理過程的穩定性等進行詳盡的報道和研究; 其次是較多單位對AB工藝處理城市汙水、工業廢水進行一定規模的試驗研究; 第三是國內部分城市汙水處理廠(如山東省青島市海泊河汙水處理廠、泰安市汙水處理廠、新疆烏魯木齊市河東汙水處理廠等) 在引進德國AB工藝技術的基礎上，已建成相當處理規模的AB法汙水處理廠。
AB 工藝與傳統活性汙泥工藝相比，在處理效率、運行穩定性、工程投資和運行費用等方面均具有明顯的優勢。
4) A/A/O系列的發展
20世紀70年代中期，美國的Spector在研究活性汙泥膨脹控制問題時，發現厭氧/好氧(Ap/O) 狀態的交替循環不僅能有效防止活性汙泥絲狀菌的膨脹，改善汙泥的沉降性能，而且具有明顯的強化除磷效果。第一個生產性Ap/O (Anaerobic/Oxic) 裝置於1979 年建成投產，此後許多汙水處理廠在修建或改造過程中採用了該工藝。
AP/O系統由活性汙泥反應池和二次沉澱池構成，汙水和汙泥順次經厭氧和好氧交替循環流動。反應池分為厭氧區和好氧區，兩個反應區進一步劃分為體積相同的格，產生推流式流態。迴流汙泥進人厭氧池可吸收去除一部分有機物，並釋放出大量磷，進人好氧池汙水中可使有機物得到好氧降解，同時汙泥將大量攝取汙水中的磷，部分富磷汙泥以剩餘汙泥的形式排出，實現磷的去除。
Ap/O除磷工藝流程圖：
AN/O (Anoxic/Oxic) 工藝是一種有迴流的前置反硝化生物脫氮流程，其中前置反硝化在缺氧池中進行，硝化在好氧池中進行。
AN/O (Anoxic/Oxic) 工藝流程圖：
在AN/O工藝流程中， 原汙水先進入缺氧池，再進入好氧池，並將好氧池的混合液與沉澱池的汙泥同時迴流到缺氧池。汙泥和好氧池混合液的迴流保證了缺氧池和好氧池中有足夠數量的微生物，並使缺氧池得到好氧池中硝化產生的硝酸鹽。而原汙水和混合液的直接進入，又為缺氧池反硝化提供了充足的碳源有機物，使反硝化反應能在缺氧池中得以進行。反硝化反應後的出水又可在好氧池中進行BOD的進一步降解和硝化作用。
為了達到同時脫氨除磷的目的，在Ap/O工藝中增設缺氧區，構造了厭氧/缺氧/好氧(A/A/O) 工藝。
(A/A/O)脫氮除磷工藝流程：
早期的生物脫氮除磷工藝是Bardenpho工藝，該工藝由兩級A/O (Anoxic/Oxic) 工藝組成，共四個反應池。BOD的去除、氨氮氧化和磷的吸收都是在硝化(第一氧化) 段完成的。第二缺氧段提供足夠的停留時間，通過混合液的內源呼吸作用，進一步去除殘餘的硝化氮。最終好氧段為混合液提供短暫的曝氣時間，以降低二次沉澱池出現厭氧狀態和釋放磷的可能性。
由於發現混合液迴流中硝酸鹽對生物除磷有非常不利的影響，Banard (1976) 提出真正意義上的生物脫復除磷工藝，即在Bardenpho工藝的前端增設一個厭氧區，混合液從第一好氧區迴流到第一缺氧區，汙泥迴流到厭氧區的進水端。這一工藝流程在南非稱為五段Phoredox 工藝，在美國稱為改良型Bardenpho工藝。Bardenpho工藝按低汙泥負荷(較長泥齡) 方式設計和運行，目的是提高脫氮率。
作為改良Bardenpho工藝的進一步改進，20世紀80年代初Marais研究組開發了UCT工藝，將汙泥迴流到缺氧區而不是厭氧區，在缺氧區和厭氧區之間建立第二套混合液迴流，使進入厭氧區的硝態氮負荷降低。
美國Virginia州Hampton Roads公共衛生區與CH2M HIIL公司為該區Lamberts Piont 汙水處理廠改建而設計，該改擴建工程被稱為Virginia Initiative Plant (VIP),VIP 工藝與UCT工藝非常類似，兩者的差別在於池型構造和運行參數方面。
(2) 生物膜法
生物膜法和活性汙泥法一樣，都是利用微生物去除汙水中有機物的方法。但在活性汙泥法中，微生物處於懸浮生長的狀態，所以活性汙泥法處理系統又稱為懸浮生長系統。而生物膜法中的微生物則附著在某些物質的表面，所以生物膜法處理系統又稱為附著生長系統。生物膜法主要包括生物濾池、生物轉盤，生物流化床法等。
生物膜法的基本原理是通過汙水與生物膜的相對運動，使汙水與生物膜接觸，進行固液兩相的物質交換，並在膜內進行有機物的生物氧化，使汙水得到淨化。與微生物懸浮生長的活性汙泥法相比，它有以下優點: 由於存在許多硝化細菌，因此具有較高的脫氮能力; 生物膜中存在的微生物具有多樣性，包括好氧菌、厭氧菌、真菌和藻類等，使其在去除汙染物方面具有廣譜性; 大量的微生物生長佔據了整個反應器的空間，單位體積的生物量遠比活性汙泥法高，因此單位體積的處理能力也大; 膜法中的微生物的食物鏈比活性汙泥法長，產生的汙泥大都被生物消耗，因此剩餘汙泥少; 系統維護方便，能耗低，無需汙泥迴流; 該系統的微生態複雜，對水力和有機負荷變化的承受能力強，操作穩定。
1) 生物濾池
1893年在英國嘗試將汙水在粗濾料上噴酒進行淨化試驗，取得良好的效果，這種工藝得到公認，命名為生物過濾法，處理構築物則稱為生物濾池，開始用於汙水處理實踐，並迅速地在歐洲一些國家得到應用。早期出現的生物濾池處理負荷低，為了解決這個問題，高負荷生物濾池孕育而生。20世紀50年代，原民主德國有人按化學工業中填料塔方式，建造了塔式生物濾池，這種池子通風暢行，淨化功能良好，使佔地面積大的問題進一步得到解決。
2) 生物轉盤
生物轉盤是於20世紀60年代由原聯邦德國所開創的一種汙水生物處理技術。原聯邦德國斯圖加特工業大學勃別爾(Popel) 教授和哈特曼(Hartman) 教授對生物轉盤技術的實用化進行了大量的試驗研究和理論探討工作，並於1964 年發表了題為“生物轉盤的設計、計算與性能”的論文，就此奠定了生物轉盤技術發展的基礎。生物轉盤初期用於生活汙水處理，後推廣到城市汙水處理和有機工業廢水的處理。處理規模也不斷擴大。當前，生物轉盤處理技術已被公認為是一種淨化效果好、能源消耗低的生物處理技術。
3) 生物接觸氧化法
生物接觸氧化法是20世紀70年代初開創的一種汙水處理技術，在一些國家特別是日本、美國得到了迅速的發展和應用，廣泛應用於處理生活汙水和食品加工等工業廢水，還可用於地表微汙染原水的生物預處理，生物接觸氧化法在我國也得到較為廣泛的應用，除生活汙水外，還應用於石油化工、農藥、印染、紡織、造紙、食品加工等工業廢水處理，都取得了良好的處理效果。生物接觸氧化法處理技術可以分為兩種:一是在池內填充填料，已經充氧的汙水浸沒全部填料，並以一定的流速流經填料，汙水與填料上佈滿的生物膜廣泛接觸，在生物膜上微生物新陳代謝功能的作用下，汙水中的有機物得到去除，因此又稱為“淹沒式生物濾池”; 二是採用與曝氣池相同的曝氣方法，向微生物提供所需的氧氣，並起到混合攪拌的作用，這種方式相當於在曝氣池內填充微生物棲息的填料，因此又稱為“接觸曝氣法”。
自20世紀80年代以來，汙水生物處理新工藝新技術的研究、開發和應用，已在全世界範圍內得到了長足的發展，且出現了許多新型的汙水生物處理技術，並正朝著自動控制的方向發展。
化學氧化處理技術
化學處理，即通過化學反應改變汙水中汙染物的化學性質或物理性質，使它從溶解、膠體或懸浮狀態轉變為沉澱或漂浮狀態，或從固態轉變為氣態，進而從水中除去的汙水處理方法。汙水化學處理法可分為: 汙水中和處理法、汙水混凝處理法、汙水化學沉澱處理法、汙水氧化處理法、汙水萃取處理法等。有時為了有效地處理含有多種不同性質汙染物的汙水，可以將上述兩種以上處理法組合起來。如處理小流量和低濃度的含酚廢水，就把化學混凝處理法(除懸浮物等) 和化學氧化處理法《除酚) 組合起來。
1.新型高效化學試劑的發展
近年來，世界新型無機化學混凝劑如聚合鋁、聚合鐵和複合型無機混凝劑的開發成功,以及新型有機高分子絮凝劑的開發，如各種離子型的分子量高達2000萬的聚丙烯酰胺的開發應用，使化學法處理可以採用較少的藥劑，就能達到較高的處理效果，並且產生較少的汙泥。
2.化學氧化技術的發展
隨著工業的迅猛發展，工業廢水的排放量逐年增加，且大都具有有機物濃度高、生物降解性差甚至有生物毒性等特點，國內外技術人員對此類高濃度、難降解有機廢水的綜合治理予以了高度重視。目前，部分成分簡單、生物降解性略好、濃度較低的廢水都可以通過組合傳統工藝得到處理，而濃度高、難生物降解的廢水治理工作在技術和經濟上都存在很大困難，為此，開發研究了一些水處理高級氧化技術。
(1) 溼式氧化技術
針對一些工業廢水濃度高、難生物降解等難題，開發了溼式氧化法。溼式氧化法(WAO)是在高溫高壓下，利用氧化劑將廢水中的有機物氧化成二氧化碳和水，從而達到去除汙染物的目的。該法具有適用範圍廣，處理效率高，極少有二次汙染，氧化速率快，可回收能量及有用物料等特點。進人20 世紀70 年代後，溼式氧化法工藝得到迅速發展，應用範圍從回收有用化學品和能量進一步擴展到有毒有害廢棄物的處理，尤其是在處理含酚、磷、氰等有毒有害物質方面已有大量文獻報道。在國外，WAO技術已實現工業化，主要應用於活性炭再生，含氰廢水、煤氣化廢水、造紙黑液和城市汙泥及垃圾滲出液處理。國內從20世紀80年代才開始進行WAO的研究，先後進行了造紙黑液、含硫廢水、含酚廢水、煤制氣廢水、農藥廢水和印染廢水等試驗研究，目前，WAO在國內仍處於試驗階段。
為了降低反應溫度和壓力，同時提高處理效果，出現了使用高效、穩定催化劑的催化溼式氧化法(CWAO) 和加入更強氧化劑(過氧化物) 的溼式氧化法(WPO)，為了徹底去除一些WAO難以去除的有機物，還出現了將廢水溫度升至水的臨界溫度以上的超臨界溼式氧化法(SCWO)。
(2) 光化學氧化技術
1972年Fujishima 和Honda發現光照下的TiO2 單品電極能分解水，引起人們對光誘導氧化還原反應的興趣，由此推進了有機物和無機物光氧化還原反應的研究。20 世紀80 年代初，開始研究光化學應用於環境保護，其中光化學降解治理汙染尤受重視。光催化降解在環境汙染治理中的應用研究更為活躍。目前有關光催化降解的研究報道中，以應用人工光源的紫外輻射為主，對分解有機物效果顯著，但費用較高且需要消耗電能，因此國內外研究者均提出應開發利用自然光源或自然、人工光源相結合的技術，充分利用清潔的可再生能源，使太陽能利用和環境保護相結合,發揮光化學降解在環境汙染治理中的優勢。
(3) 新型高效催化氧化技術
新型高效催化氧化的原理就是在表面催化劑存在的條件下，利用強氧化劑一一二氧化氯在常溫常壓下催化氧化廢水中的有機物，或直接氧化有機汙染物，或將大分子有機汙染物氧化成小分子有機物，提高廢水的可生化性，更好地去除有機汙染物。除二氧化氯外，還有臭氧類氧化法，採用臭氧氧化法處理有機廢水，反應速度快，無二次汙染，在廢水處理中應用較廣泛。近年來又廣泛開展了提高臭氧化處理效率的研究，其中，紫外/臭氧法、臭氧/雙氧水法、草酸/Mn2+/臭氧法三種組合方式被證明最為有效。
與生物處理法相比，化學處理法能迅速、有效地去除更多種類的汙染物，特別是生物處理法不能處理的一些汙染物，同時也可以作為生物處理單元的預處理，提高可生化性。在水和其他資源日漸短缺的現狀下，汙水化學處理法將獲得更大的發展。
傳統技術科學設計和優化組合
1.化學法與生物處理法的結合
近年來，世界各國已較多地採用在生物處理的曝氣池中投加鐵鹽的方法，使除磷的效果明顯提高，並使活性汙泥的濃度提高，汙泥顆粒緊實，使生物處理的效果更加穩定。
在生物處理工藝中加入混凝沉澱等工藝，使處理後的出水達到更高的標準，可以滿足回用的要求。
常見的幾種投加方式示：
2.各種生物處理工藝的有機結合
在汙水生物處理領域，由各種工藝間的有機結合而產生了多種新型處理工藝，它們各具特點，並已逐漸應用於工程實踐。
傳統活性汙泥法與氧化溝結合。法國公司把傳統活性汙泥工藝與氧化溝結合起來，採用同心圓結構佈置好氧區、缺氧區、厭氧區，使每個區形成循環流態，並且在功能分區安排上設計出不同組合，以實現不同要求，從而開發出多種A/O脫氦工藝和A/A/O脫氮除磷工藝氧化溝。
複合生物膜/活性汙泥工藝，是近年來頗受關注的新型汙水處理工藝，它是隨著生物膜法處理工藝的發展而逐漸發展起來的一種新型反應器，其特點是在活性汙泥曝氣池中投加填料作為微生物附著生長的載體，進而形成懸浮生長的話性汙泥和附著生長的生物膜，去除汙水中的有機物。生物膜法與其他汙水處理工藝相結合形成的反應器稱為複合生物反應器。這裡，複合是指反應器中同時存在附著相和懸浮相生物。在曝氣池中填加載體供微生物附著生長構成複合生物反應器，提高反應器中汙泥濃度和運行穩定性，是提高活性汙泥法效能的有效措施。國內外研究表明，複合生物反應器可以明顯改善汙泥的沉降性能，克服汙泥膨脹現象，硝化菌優先附著生長在載體上，使硝化作用與懸浮相生物的汙泥齡(SRT) 無關，提高硝化效果。
複合生物膜/活性汙泥工藝流程：
傳統的生物脫氮除磷工藝多采用活性汙泥法，聚磷菌、反硝化菌、硝化菌等共存於同一活性汙泥系統，生物法除磷是通過汙泥過量吸磷後富含磷汙泥排除而去除，要求汙泥齡較短，而硝化脫氮則需較長的汙泥齡，因此在傳統工藝運行過程中，必然存在硝化菌和聚磷菌的不同泥齡之間的矛盾，使除磷和脫氮相互千擾。為了克服以上矛盾，近年來出現了採用活性汙泥法和生物膜法相結合的汙水處理工藝。其中，由上海市政工程設計研究總院(集團) 有限公司開發的雙汙泥脫氮除磷處理工L藝(PASF) 是一種典型的活性汙泥法和生物膜法相結合的工藝。
雙汙泥系統（PASF）工藝流程：
3.膜/活性汙泥法組合工藝的發展
1969年美國的Smith 首先報道了活性汙泥生物法和超濾結合處理城市汙水的方法，可謂膜生物反應器的雛形。進入20世紀80年代後，隨著膜的開發，國際上對膜生物反應器的研究更是方興未艾。 日本，法國、美國、澳大利亞等國對膜生物反應器的研究都投入了大量力量，使膜生物反應器的研究更深人、更全面。
膜生物反應器工藝集微生物的生物降解作用和膜的高效分離作用於一體。由於微生物的高濃度可以使反應器的處理效率提高， 加上膜的精濾作用，使出水水質良好，裝置佔地面積小，產泥量少。這種工藝的關鍵是膜(超濾膜或精濾膜) 的研製和運行工藝的研究。
膜生物反應器工藝流程：
傳統技術的科學設計優化組合，充分利用各個工藝技術的優點，不僅提高了整體處理效果，而且不失為一種汙水處理設計的新思路，以後必將湧現出各式各樣的組合工藝滿足未來發展的要求。
水資源短缺、水汙染等問題的加劇將給21世紀人類社會持續發展帶來深刻的影響。研究新的汙水處理技術，將處理後的水和泥變為可利用的資源，使汙水處理事業成為一種自然資源再生和利用的新興工業，是解決水汙染和合理利用水資源的重要途徑之一，作為汙水處理技術的研究方向，重點在於降低能耗、改善出水水質、減少汙泥量、簡化與縮小處理構築物的體積、減少佔地、降低基建與運行費用、改善管理條件等。就我國目前的汙水處理現狀而言，汙水處理技術市場需求相當大。城市汙水處理的發展將表現為以下幾個方面的特點: 氮、磷營養物質的去除仍為重點，也是難點; 工業廢水治理開始轉向全過程控制; 單獨分散處理轉為城市汙水集中處理; 水質控制指標越來越嚴; 由單純工藝技術研究轉向工藝、設備、工程的綜合集成與產業化及經濟、政策、標準的綜合性研究; 汙水再生利用日益受到重視; 汙泥處理處置問題亟待解決; 中小城鎮汙水汙染與治理問題受到重視。
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