污水处理，是指对生活污水、工业废水及初期雨水等各类污（废）水，采用物理、化学、生物及组合工艺等方法，去除或转化其中所含的悬浮物、有机物、氮磷营养物、重金属及病原微生物等有害成分，使其水质达到特定排放标准或再生利用要求的过程。其核心目标在于削减水污染物排放总量，防止水环境恶化，同时实现水资源的循环利用。这一过程既是城市水环境治理的核心环节，也是支撑社会经济可持续发展的关键基础设施。

从范围来看，污水处理的对象涵盖几乎所有人类活动产生的用排水，可按来源和水质特性划分为三大类。第一类为生活污水，来源于居民日常生活、商业服务业及公共设施的排水，其水质相对稳定，主要含有机物、氮磷及悬浮物，可生化性良好，是城镇污水处理厂的主要处理对象。第二类为工业废水，来源于各类工矿企业的生产工艺排水，水质成分复杂、波动大，常含有难降解有机物、重金属、高盐分或有毒有害物质，通常须在厂内进行预处理达到纳管标准后，方可排入城镇污水管网。第三类为初期雨水与径流污水，即降雨初期冲刷屋面、路面等汇水区域形成的排水，携带大量悬浮颗粒、重金属及油类污染物，是城市面源污染的重要来源，部分地区已纳入收集处理体系。据生态环境部相关统计，截至2024年底，我国城市污水处理率已达98%以上，但部分老旧城区管网和工业废水处理仍存在短板，水环境治理任务依然艰巨。

针对上述不同来源和水质的污水，当前已形成“物理处理—生物处理—深度处理”三级递进的技术体系，各单元按水质目标和排放标准灵活组合应用。

第一级为物理处理（一级处理） ，属预处理阶段，主要通过格栅拦截、沉砂池沉淀、初沉池自然沉降及气浮等方法，去除污水中粒径较大的悬浮物和部分胶体物质，去除率通常可达50%—70%，同时为后续生物处理减轻负荷。

第二级为生物处理（二级处理） ，是去除有机污染物的核心环节，利用微生物的代谢作用将溶解性有机物降解为二氧化碳和水。主流工艺包括活性污泥法及其衍生变种（如A²/O氧化沟、SBR序批式反应器、MBR膜生物反应器等）以及生物膜法（如生物滤池、生物转盘等）。该阶段对BOD₅（五日生化需氧量）和COD（化学需氧量）的去除率可达85%—95%，对脱氮除磷有特定要求的工艺还可同步实现生物脱氮和化学除磷。

第三级为深度处理（三级处理） ，视出水用途和排放水体的环境敏感程度而增设，主要包括混凝沉淀、过滤（砂滤、膜过滤）、活性炭吸附、高级氧化（臭氧、芬顿等）及消毒（紫外线、加氯等）工艺。其中，膜分离技术（如微滤、超滤、纳滤和反渗透）的应用日趋广泛，可使出水水质达到中水回用甚至更高标准。经过该阶段处理后的再生水，可广泛用于城市绿化、道路冲洗、工业冷却及农业灌溉等领域。此外，污水处理过程中产生的污泥须经浓缩、脱水、厌氧消化或干化焚烧等工序妥善处置，防止二次污染。

污水处理的本质，是一场在污染物削减与水资源再生之间寻求平衡的系统工程。它不仅需要以科学的技术组合确保每一滴水达标排放，更要以系统思维将处理后的再生水、回收的磷资源、产生的沼气等纳入循环经济体系，方能在守护碧水清波的同时，为城市可持续发展注入源源不断的“第二水源”。