典型的城市污水处理工艺流程主要包括机械处理、生化处理、污泥处理等工段。有机械处理以及生化处理构成的系统属于二级处理系统，其中B O D 5和SS去除率可达90%-98%。处理效果介于一级和二级处理中间的一般称为强化一级处理、一级半处理或不完全二级处理，主要有高负荷生物处理法和化学处理法两大类，B O D 5去除率达45%-75%。具有生物除磷脱氮功能的二级处理系统通常称为深度二级处理。为了除特定的物质，在二级处理之后设置的处理系统属于三级处理，例如化学除磷，活性炭吸附等。
从污水处理的角度，污染物可分为悬浮固体污染物、有机污染物、有毒物质、污染生物和污染营养物质。城市污水中含有的大量有机物排入水体，会使水体中溶解氧的含量降低，甚至达到缺氧状态，严重污染水体，使水中鱼类无法生存。污水中有机物浓度一般用生物化学需氧量(B O D 5)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)和总有机碳(T O C)来表示。营养物质主要指氮、磷，其可使藻类和浮游生物繁殖，形成”水华”和”赤潮”。
污水处理方法可根据水质类型分为物理处理法、生物处理法、污水处理产生的污泥处置及化学处理法，还可根据处理程度分为一级处理、二级处理及三级处理等工艺流程。城市污水的物理处理方法是利用物理作用分离和去除污水中污染物质的方法。常用方法有筛滤截留、重力分离、离心分离等，相应处理设备主要有格栅、沉砂池、沉淀池及离心机氧其中沉淀池同城镇给水处理中的沉淀池。生物处理法是利用微生物的代谢作用，去除污水中有机物质的方法。常用的有活性污泥法、生物膜法等，还有氧化塘及污水土地处理法。化学处理法在城市污水处理中使用较少，一般涉及城市给水处理中的其他化学方法如中和氧化还原、离子交换、电解主要用于工业废水处理，很少用于城市污水处理。污泥需处理才能防止二次污染，其处置方法常有浓缩、厌氧消化、脱水及热处理等。一级处理主要针对水中悬浮物质，常采用物理的方法，经过一级处理后，污水悬浮物去除可达40％左右，附着于悬浮物的有机物也可去除30％左右；二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质。通常采用的方法是微生物处理法，具体方式有活性污泥法和生物膜法。生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高其分解氧化有机物效率。污水经过一级处理以后，已经去除了漂浮物和部分悬浮物，B O D 5的去除率约25％～30％。经过二级处理后，BOD5去除率可达90％以上，二沉池出水能达标排放。活性污泥处理系统，在当前污水处理领域，是应用最为广泛的处理技术之一，曝气池是其反应器。污水与污泥在曝气池中混合，污泥中的微生物将污水中复杂的有机物降解，并用释放出的能量来实现微生物本身的繁殖和运动等。
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