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多年来，科学家利用水体自净及土壤自净的原理，开发出了各种利用自然微生物处理工业废水及城市污水的技术，集中分布于活性污泥法和生物膜法两大系列。
现行污水处理技术主要可分为物理法、化学法和生物法。
物理法包括沉淀、过滤、吸附、萃取等，不改变污染物的化学形式。其设备简单、运行费用低、工艺成熟，主要用于去除水中难溶解的大颗粒污染物，为污水一级处理的首选技术。
化学法包括絮凝沉淀和化学氧化，改变污染物的存在形式，主要用于去除溶解于水中的小颗粒，通过电性改变、交联架桥等形式，使之成为大的颗粒沉淀分离出来。大量用于废水的预处理及深度处理。
生物法是利用大自然处理废水的原始形式，利用微生物代谢来达到水资源净化的目的。微生物代谢环境存在好氧、厌氧、兼氧三种类型，由此也衍生了好氧、厌氧的处理方法。生物法主要用于污水的二级处理或高级处理，是目前污水处理的主要形式。各种处理污水方式的主要过程如下图所示：
现有的污水处理技术大多是这三种方法的组合，来达到污水净化或回用的目的。
考察一项技术先进程度的标准主要有两项：一是技术上是否能够有效处理固有特征的污水；二是处理相同特征、相同水量污水所需的建设投资和运行成本。围绕这两个方面，污水生物处理技术集中于以下几个方面进行研发突破：
1、新的高效生物菌种的开发；
2、耐极端环境的微生物的培养；
3、高效酶的固定，尤其复合酶的固定；
4、好氧、兼氧、厌氧容为一体的装置用于氮、磷的去除；
5、处理装置小型化，高效率；
6、高浓度COD、氨氮的去除；
7、使用封闭式运营、减少异味及池蝇等。
