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污水进入厂区先通过①截流井（让厂能处理的污水进入厂区进行处理）进入②粗格栅（打捞较大的渣滓），再依次通过③污水泵（提升污水的高度）、④细格栅（打捞较小的渣滓）、⑤沉沙池（以重力分离为基础，将污水的比重较大的无机颗粒沉淀并排除）、⑥生化池（采用活性污泥法去除污水里的BOD5、SS和以各种形式的氮或磷），进入⑦终沉池（排除剩余污泥和回流污泥）和⑧D型滤池（进一步减少SS，使出水达到国家一级标准），再进入紫外线⑨消毒（杀灭水中的大肠杆菌）后，⑩完成出水。
污水处理厂现在采用的工艺大多是氧化沟工艺。氧化沟主要针对生活污水，适当的有些工业废水也可，但对于工业废水超过一半的水质来说，它几乎无效。
氧化沟工艺又分为多种。
卡罗赛氧化沟工艺是一种多沟串联系统。目前全球已有500多座卡罗赛氧化沟。它对BOD5的去除率高达95%——99%，脱氮率为90%，磷的去除率为50%。
工艺更为复杂全面的是奥贝尔氧化沟。大部分城市皆为奥贝尔氧化沟工艺。它的特点是依靠三沟工作状态的转换，省去污泥回流，节省了电耗和基建费用。
开发基建投资低、能耗低、运行维护费用低的污水处理工艺，一直是人们的追求。SBR工艺，又叫序批式活性污泥工艺，由于省去独立的二沉池系统，布置紧凑且基建和运行费用低，而且处理效果好，尤其是具有极好的脱氮除磷功能，现在也越来越受到重视，随之计算机和自动控制技术的发展，SBR工艺成功地应用于城市污水和各种工业废水的处理。它的运行原理和传统的活性污泥工艺完全一致，只是运行方式不同。
氧化沟工艺只是去除了水里的大部分污染物。直观的感觉就是，原来的黑浊的污水变清了。如果想进一步的利用，那么还得经过几道工序。
首先是过滤，滤掉水里残留的悬浮物质，然后便是沉淀后杀菌了。以前有加氯杀菌，但加氯具有操作的难度，而且容易出事故，所以污水处理厂大多不采用。有加二氧化氯的，这是固体，成本比加氯略高。也有采用臭氧杀菌，但也是不易控制，不大安全。现在大多采用紫外线杀菌。这个安全，虽然费用高些，且紫外线杀菌有弊端，它只是把水里的大肠菌杀昏杀晕，半小时后可能大多会苏醒过来。但是检查一般是在出水口3米之内，所以采用这个办法的较多。
经过最后几道工序，水就可以用作工业的冷却水，绿化水等非饮用的地方。北方大多用在电厂，作冷却水，还有灌入绿化洒水车，喷到城市的绿地和道路上。
在处理污水的同时，还会产生大量的污泥。尤其是北方的城市，污水里的污泥量很大。这些污泥如果处理不好，那就是污水处理厂的污染物了。现在污水处理厂将污泥浓缩后，主要是卫生填埋或生产有机化肥。
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