典型的城市污水處理工藝流程主要包括機械處理、生化處理（水線）、污泥處理等工段。由機械處理以及生化處理構成的系統(tǒng)屬于二級處理系統(tǒng)，其BOD5和SS去除率可達到90％～98%。處理效果介于一級和二級處理之間的一般稱為強化一級處理、一級半處理或不完全二級處理，主要有高負荷生物處理法和化學法兩大類，BOD5去除率45％～75％。具有生物除磷脫氮功能的二級處理系統(tǒng)通常稱為深度二級處理。為了去除特定的物質(zhì)，在二級處理之后設置的處理系統(tǒng)屬三級處理，例如化學除磷，絮凝過濾，活性炭吸附等。
機械（一級）處理工段包括格柵、沉砂池、初沉池等構筑物，以去除粗大顆粒和懸浮物為目的，處理的原理在于通過物理法實現(xiàn)固液分離，將污染物從污水中分離，這是普遍采用的污水處理方式。機械（一級）處理是所有污水處理工藝流程必備工程（盡管有時有些工藝流程省去初沉池），城市污水一級處理BOD5和SS的典型去除率分別為25％和50％。在生物除磷脫氮型污水處理廠，一般不推薦曝氣沉砂池，以避免快速降解有機物的去除；在原污水水質(zhì)特性不利于除磷脫氮的情況下，初沉的設置與否以及設置方式需要根據(jù)水質(zhì)特注的后續(xù)工藝加以仔細分析和考慮，以保證和改善除磷除脫氮等后續(xù)工藝的進水水質(zhì)。
污水生化處理屬于二級處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機物為主要目的，其工藝構成多種多樣，可分成活性污泥法、生物膜法、生物穩(wěn)定塘法和土地處理法等四大類。日前大多數(shù)城市污水處理廠都采用活性污泥法。生物處理的原理是通過生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機物的分解和生物體的合成，將有機污染物轉(zhuǎn)變成無害的氣體產(chǎn)物（CO2）、液體產(chǎn)物（水）以及富含有機物的固體產(chǎn)物（微生物群體或稱生物污泥）；多余的生物污泥在沉淀池中經(jīng)沉淀池固液分離，從凈化后的污水中除去。
由此可見，污水處理工藝的作用僅僅是通過生物降解轉(zhuǎn)化作用和固液分離，在使污水得到凈化的同時將污染物富集到污泥中，包括一級處理工段產(chǎn)生的初沉污泥、二級處理工段產(chǎn)生的剩余活性污泥以及三級處理產(chǎn)生的化學污泥。由于這些污泥含有大量的有機物和病原體，而且極易腐敗發(fā)臭，很容易造成二次污染，消除污染的任務尚未完成。污泥必須經(jīng)過一定的減容、減量和穩(wěn)定化無害化處理井妥善處置。污泥處理處置的成功與否對污水廠有重要的影響，必須重視。如果污泥不進行處理，污泥將不得不隨處理后的出水排放，污水廠的凈化效果也就會被抵消掉。
各種機械處理、生物處理和污泥處理技置技術設備的選擇與不同組合，以及構筑物的設計構成了各種各樣的污水處理廠工藝和工程方案。設計人員的職責在于根據(jù)具體條件和處理水質(zhì)目標把各種可能性靈活地結(jié)合起來，以便形成在經(jīng)濟上合算又具有實用價值的總體處理工藝流程，避免在幾種局部性的定型處理法中簡單比選。有關城市污水處理廠的主要工藝類型及工程方案的選擇在后續(xù)部分將作進一步的討論。
活性污泥法的工藝及其實施方式的組成包括4個要素，即：
•處理系統(tǒng)的泥齡（或污泥負荷）
•電子受體供給方式（即厭氧、缺氧和好氧狀態(tài)）及其分布
•整個反應池內(nèi)的流態(tài)組成及分布
•各種設備和構筑物，尤其是曝氣設備。
泥齡和電子受體的供給方式是活性污泥法污水處理工藝的核心，直接關系到出水水質(zhì)、反應池容積和污泥產(chǎn)生量。反應池內(nèi)的流態(tài)對處理系統(tǒng)的運行特性和性能具有相當大的影響。各種設備和構筑物是實現(xiàn)工藝思想和設定目標的具體手段。不同泥齡、不同流態(tài)和不同曝氣設備的組合構成了各種各樣的活性污泥法變型工藝。
根據(jù)泥齡（污泥負荷）的不同，活性污泥法可分成3類，高負荷系統(tǒng)（泥齡0.5～2d），以去除BOD5和SS為目標，BOD5去除率在40％～75％之間；中負荷常規(guī)活性污泥系統(tǒng)（泥齡3～7d），常規(guī)系統(tǒng)以去除BOD5和SS為目標，加厭氧區(qū)可以高效除磷；中低負荷活性污泥硝化系統(tǒng)（泥齡7～15d）和低負荷系統(tǒng)（泥齡15d以上），以BOD5、SS和氮磷為去除目標。一般來說，泥齡越長，污泥的穩(wěn)定化程度越高，延時曝氣系統(tǒng)污泥負荷很低（泥齡25d以上），污泥可基本上得到穩(wěn)定。
值得特別注意的是，泥齡和污泥負荷雖然有關，卻有本質(zhì)的差別。對應特定的處理目標和水質(zhì)要求，往往需要相同的泥齡。在不同的水質(zhì)條件環(huán)境下或不同的工藝方案中，由于生物反應池進水組成特性的不同，相同泥齡所產(chǎn)生的污泥量和污泥組成差別很大，對應的污泥負荷也就存在明顯差別，以MLSS作為污泥量計量基礎時尤為明顯。這就意味著在生物除磷脫氮系統(tǒng)或泥齡較長的系統(tǒng)中，采用污泥負荷概念進行工藝設計往往缺乏合理性，更不用說工藝的優(yōu)化。在本章的后續(xù)部分將對這個問題作進一步的討論。
曝氣池的流態(tài)可分為3種基本類型，推流式、完全混合式和循環(huán)流，循環(huán)流實際上是推流和完全混合的特混合方式。流態(tài)的分布與所選擇的曝氣混合設備類型和布置方式密切相關。曝氣混合設備起供氧及混合作用，以滿足活性污泥代謝作用和耗氧需求并保持活性污泥處于懸浮狀態(tài)。曝氣設備主要包括擴散曝氣、機械曝氣和純氧曝氣等3種類型，擴散曝氣屬底部曝氣，其流態(tài)趨向于推流；而機械曝氣多數(shù)屬于表面曝氣，其流態(tài)趨向于完全混合和循環(huán)流。這4個要素在時間、空間和實施方式上的不同組合形成構成了各種各樣的污水處理技術（流程）方案。
一級處理和一級強化處理，主要作為消減污染物總量的措施，一般應用于下列場合：
通過一級處理或一級強化處理，較大幅度地消減污染物總量后排入大江、大河或海洋，以合理利用環(huán)境容量；
作為城市污水處理廠分期分段建設的手段，以便根據(jù)經(jīng)濟實力，經(jīng)濟有效地逐步實現(xiàn)環(huán)境治理目標。
處理工藝的選擇應依據(jù)城市污水處理設施建設的規(guī)劃設計要求、建設規(guī)模和可利用的水環(huán)境容量�？蛇x用常規(guī)一級處理、化學強化一級處理、AB法前段工藝、水解好氧法前段工藝。高負荷活性污泥法等技術。污泥一般采用濃縮后厭氧消化處理，或直接濃縮脫水處理。
城市污水處理廠工藝流程包括一級處理部分、二級處理部分和污泥處理部分。這三部分的工藝選擇是相互關聯(lián)的。
在一級處理中，一般情況下，粗格柵、進水泵房、細格柵、沉砂池是所有污水處理廠的必備單元。在污水生物除磷系統(tǒng)中一般不采用曝氣沉砂沉。初沉池的設置與否取決于：
（1）進水SS濃度及其構成；
（2）后續(xù)二級處理工藝；
（3）污泥處理工藝。
如果污泥采用厭氧消化方式處理，一般考慮設置初沉池，但后續(xù)生物處理工藝對進水濃度及水質(zhì)構成比例關系要求時（例如除磷脫氮工作），應考慮設置初沉池的不利影響。如果污泥采用延時曝氣法穩(wěn)定處理，一般不設置初沉池，但進水SS濃度較高且含高比例無機物時，宜設置初沉池，以消除無機懸浮物對后續(xù)工藝的不利影響，初沉污泥可直接濃縮脫水或經(jīng)過好氧消化后濃縮脫水。
對于大型污水處理廠，污泥一般采用厭氧消化穩(wěn)定處理；對于中小型污水處理廠污泥可采用好氧消化處理，一般形延時曝氣好氧穩(wěn)定。污水生物處理工藝的選擇主要取決于出水水質(zhì)要求，沒有除磷脫氮要求時（即二級處理），大中型污水處理廠一般可采用中等犯齡的常規(guī)活性污泥法或AB法等兩段法處理工藝，污泥采用厭氧消化；對部分中型污水處理廠和大多數(shù)小型污水處理廠，污泥通常采用延時曝氣好氧消化方式，由于泥齡較長，有必要考慮一定程序的氮磷去除，以提高環(huán)境效益，并降低能耗。部分小型污水處理廠還可以采用生物膜法處理。
有較高的除磷脫氮要求時（二級強化處理），除大型污水處理廠外，可以不考慮污泥厭氧消化，而是結(jié)合生物脫氮所需的較和泥齡進行好氧穩(wěn)定；脫氮一般采用硝化/反硝化原理，除磷一般采用生物除磷，必要時增加化除磷。處理工藝及其實施方式主要取決于進出水水質(zhì)和處理規(guī)模。
對于中等以上濃度污水，達到一級排放所需的處理功能為：生物除磷+化學除磷+硝化/反硝化，達到二級排放標準所需的處理功能為：生物（或化學）除磷+硝化／反硝化。對于低濃度污水，單獨生物除磷效果較差，所需的處理功能為：生物除磷+化學除磷，一般不需要硝化處理。對于除磷功能需求不大的水質(zhì)情況，也建議按生物除磷方式設計，厭氧池可以起到選擇器的作用，有效控制污泥膨脹，改進污泥沉降性能。
生物除磷效果的好壞主要取決于厭氧池進水的快速生物降解有機物/TP有效比值，該有效比值取決于厭氧池進流（進水及回流污泥）的快速生物降解有機物濃度、磷濃度、硝酸鹽濃度和溶解氧濃度。因此，水質(zhì)特性的分析確定對工藝設計有很大的影響，硝酸鹽的控制是工藝設計的關鍵。
對于大部分城市污水，就滿足排放標準來說，所需要的處理程度為具有除磷和部分硝化功能的城市污水二級處理。由于硝化作用主要受硝化菌比增長速率、泥齡和溫度控制�；钚晕勰嘀械南趸殖刹幌趸�、部分硝化和完全硝化三種情況，其中部分硝化屬于不可控制的高度不穩(wěn)定過程，因此活性污泥系統(tǒng)中硝化作用只能按完全硝化或不硝化這兩種方式設計，不能按部分硝化的方式設計。
當處理系統(tǒng)按硝化設計時，從生物除磷角度及降低能耗角度考慮，處理系統(tǒng)都必須具備反硝化能力，但反硝化程度應根據(jù)具體情況確定。出水總氮和總磷有要求時，根據(jù)總額及除磷要求綜合考慮反硝化程度。出水總氮無要求但出水總磷控制較嚴時，可根據(jù)除磷要求考慮反硝化程度，主要目的是消除回流污泥硝酸鹽對生物除磷的不利影響。
污水除磷包括生物除磷和化學除磷，生物除磷出水濃度可以達到1mg／L，化學除磷出水濃度可以達到0.5mg/L。對于二級排放標準，可以采用生物除磷為主，必要時增加化學除磷；對于一級排放標準，可以采用生物除磷與化學除磷相結(jié)合的方式，以降低化學藥劑的消耗量。
在嚴格進行環(huán)境影響評價、滿足國家有關標準要求和水體自凈能力要求的條件下，可審慎采用城市污水排人大江或深海的處置方法。在有條件的地區(qū)，可利用荒地、閑地等可利用的條件，采用各種類型的土地處理和穩(wěn)定塘等自然凈化技術。城市污水二級處理出水不能滿足水環(huán)境要求時，在條件許可的情況下，可采用土地處理系統(tǒng)和穩(wěn)定塘等自然凈化技術進一步處理。采用土地處理技術，應嚴格防止地下水污染。
常見的污泥濃縮技術及其性能簡述如下：
（1）工藝過程重力濃縮：
在沉淀池中通過形成高濃度污泥層完成；費用低，在一定的性能范圍內(nèi)簡單有效；但對污水處理工段的性能可能產(chǎn)生不利影響，有效性受物理因素的限制，運行操作靈活性不高；一般適用于初沉污泥、化學性污泥和生物膜污泥的濃縮。
�。�2）單獨的重力濃縮：在獨立的重力濃縮池中完成；簡單有效，有助于提高污水工段的性能；但投資費用較高。停留時間較長時可能產(chǎn)生臭味，而且不是所有污泥都有效；但用于生物除磷剩余污泥濃縮時，會出現(xiàn)磷的大量釋放，其上清液需要采用石灰法進行除磷處理，適用于妝沉污泥、化學污泥和生物膜污泥。
（3）空氣氣浮：操作簡便，使用高分子可提高處理能力和固體回收率；有一定臭味，動力費用高，對污泥沉降性能 （SVI）敏感；適用于余污泥產(chǎn)量不大的活性污泥法處理系統(tǒng)，尤其是生物除磷系統(tǒng)的剩余污泥。
（4）離心濃縮：自成系統(tǒng)，效果好，操作簡單；但投資較高，動力費用較高，且需要較高水平的維護；適用于大中型污水廠，生物和化學污泥。
（5）帶式重力濃縮機：投資低，運行費用中，效果好，對各種性能的污泥適應性強；受高分子影響，濕度大，需要仔細操作；適用于各種生物污泥。
污泥脫水技術及其性能簡介如下：
�。�1）帶式壓濾機：設備簡單，投資適中，操作簡易，開關容易，可間歇運行；非封閉系統(tǒng)，具有臭味、濕度大、控制難問題，需要仔細操作；適用于各種規(guī)模污水處理廠及各種污泥。
（2）離心脫水機：自成系統(tǒng)。運行時不需過多監(jiān)視，干度較好；但需要特別維護，一般不適于間歇運行；適用于能連續(xù)運行的大中型污水廠，大量固體的處理。
（3）板框壓濾：含固率高；運行費高、間歇批次運行，維護量較大，運行操作較困難，適用于小量污泥處理或干度要求高的情況。
（4）污泥干化床：費用低；占地面積大，衛(wèi)生條件差；適用于小型污水廠消化污泥。
（5）污泥塘：費用低，操作簡單；占地大，有臭味；適用于中小型污水廠或生物塘。
污泥穩(wěn)定技術和性能分述如下：
（1）厭氧消化：已有豐富經(jīng)驗，參耗低，可以通過沼氣利用回收能源，操作簡易，致病茵破壞率高，具有一定的貯泥作用；投資較高，沒有減容作用；適用于大中型污水廠，污泥利用和填埋。
（2）好氧消化：有兩種方式，單獨好氧消化或延時曝氣同池好氧穩(wěn)定；有豐富實踐經(jīng)驗，投資較低，操作簡易，設備簡單，能存貯污泥；運行費用較高，致病菌破壞率較低，沒有減容效果；適用于中小型污水廠，污泥利用。
（3）堆肥：致病菌破壞率很高，產(chǎn)品可在城區(qū)及鄉(xiāng)村應用；費用較高，存在臭味和灰塵問題，材料處理量大；適用于重金屬和有毒有害有機物含量很低的污泥。
（4）焚燒：僅殘留灰分，減容減量明顯；投資高，設備復雜，運行費用高，運行管理難度較大；適用于所有類型污水處理廠。
（5）堿性穩(wěn)定：易實施，投資費用低；運行費用較高，運行操作較困難，污泥不能長期在處理廠內(nèi)存儲；適用于暫時性和過渡性應用。
