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这是污水处理的第一道工序。格栅通常由一组平行的金属栅条或滤网组成，安装在污水渠道的入口处。其作用是拦截污水中较大的固体悬浮物，如树枝、塑料垃圾、纸张等。这些被拦截的物质如果进入后续处理单元，可能会损坏设备，如堵塞水泵、刮泥机等。
例如，在城市生活污水处理厂，大量的生活垃圾会随着污水进入处理系统，格栅能够有效防止这些大型垃圾的进入。
污水从格栅流出后进入沉砂池。其主要功能是去除污水中相对密度较大的无机颗粒，如砂粒、砾石等。这些颗粒的沉淀速度较快，在沉砂池中，通过控制水流速度，让污水以较低的流速流动，使得砂粒等物质在重力作用下沉淀到池底。
比如在建筑施工场地附近的污水处理设施，由于施工过程中可能会有泥沙混入污水，沉砂池就能很好地去除这些泥沙，避免它们对后续生物处理单元产生不良影响。
经过预处理后的污水进入初沉池。初沉池主要利用重力沉降原理，将污水中可沉淀的悬浮固体进一步去除。在初沉池中，污水的流速进一步降低，悬浮固体在池底逐渐沉淀形成污泥。这些污泥可以通过刮泥机等设备收集并输送到污泥处理系统。
例如在工业废水处理中，一些含有金属沉淀物的废水在初沉池中可以将大部分重金属沉淀物去除，减少对后续生物处理的毒性。
这是最常见的生物处理方法之一。污水进入曝气池后，与活性污泥混合。活性污泥是由各种微生物（如细菌、原生动物、后生动物等）组成的絮状体。在曝气池中，通过曝气设备向污水中不断充入空气，为微生物提供充足的氧气。微生物利用污水中的有机物作为营养物质进行新陈代谢，将其分解为二氧化碳、水和其他简单的无机物。
例如在处理生活污水时，活性污泥中的微生物能够分解污水中的糖类、蛋白质、脂肪等有机物。这个过程就好像微生物在 “吃掉” 污水中的污染物，使污水得到净化。
污水通过装有填料的生物反应池，填料表面会生长一层生物膜。生物膜中的微生物同样以污水中的有机物为食，进行代谢活动。生物膜法与活性污泥法的不同之处在于微生物的栖息环境，生物膜法的微生物附着在填料表面，而活性污泥法的微生物则悬浮在水中。
例如在一些小型污水处理设施中，使用生物膜法处理污水，微生物在填料（如塑料环、纤维束等）上生长繁殖，当污水流过时，污染物被生物膜中的微生物分解吸收。
经过生物处理后的污水进入二沉池。二沉池的作用是将生物处理过程中产生的微生物（活性污泥或脱落的生物膜）从污水中分离出来。分离方式主要也是依靠重力沉降。沉淀下来的微生物可以回流到生物处理单元的前端（如曝气池）进行循环利用，以保持生物处理单元中足够的微生物数量。
例如在活性污泥法处理系统中，二沉池能有效防止污泥流失，确保处理后的污水水质达标。
在二沉池出水后，为了杀灭污水中的病原体（如细菌、病毒、寄生虫卵等），防止其对人体健康和环境造成危害，需要进行消毒处理。常见的消毒方法有氯气消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒等。
例如在饮用水源的污水处理中，紫外线消毒是一种常用的方法，通过紫外线照射可以破坏病原体的核酸结构，从而达到消毒的目的。
对于一些对水质要求较高的场合，还需要进行除磷脱氮处理。除磷主要是通过化学沉淀法或生物法将污水中的磷去除。脱氮则是通过一系列的生物反应，如硝化和反硝化过程，将污水中的氮转化为氮气从水中逸出。
例如在湖泊、河流等水体的富营养化治理中，控制污水中的磷和氮含量至关重要，通过深度处理可以有效减少污水中这些营养物质的排放。
经过消毒、除磷脱氮后的污水还可以进行过滤处理，进一步去除水中的细小颗粒、悬浮物和残余的有机物等。常用的过滤设备有砂滤池、活性炭过滤器等。
例如在中水回用系统中，过滤处理可以使处理后的污水达到更高的水质标准，满足一些对水质要求不是特别高的回用场景，如景观用水、洗车用水等。
从初沉池和二沉池收集的污泥首先进行浓缩。污泥浓缩的目的是减少污泥的体积，通过重力浓缩或机械浓缩等方法，使污泥中的水分分离出来，从而降低污泥后续处理的成本。
例如在大型污水处理厂，采用重力浓缩池，让污泥在池中自然沉降，将污泥的含水率从 99% 左右降低到 96% - 97% 左右。
浓缩后的污泥需要进行稳定化处理，以减少污泥中的有机物含量，防止污泥在后续处理和处置过程中产生臭味和有害气体。常见的稳定化方法有厌氧消化、好氧消化等。
例如厌氧消化过程中，污泥中的有机物在厌氧微生物的作用下分解产生沼气，同时使污泥的性质更加稳定。
经过稳定化处理后的污泥进行脱水处理，进一步降低污泥的含水率。脱水后的污泥含水率可以降低到 60% - 80% 左右，形成泥饼状。常用的脱水方法有机械压滤脱水、离心脱水等。
例如机械压滤脱水是通过压力作用，使污泥中的水分通过滤布排出，得到含水率较低的泥饼。
脱水后的污泥可以进行填埋、焚烧或土地利用等处置方式。填埋是将污泥运送到专门的填埋场进行填埋处理；焚烧是在高温下将污泥中的有机物燃烧，减少污泥的体积和有害物质；土地利用则是将污泥作为肥料或土壤改良剂用于农业、园林等领域，但需要确保污泥中的有害物质不会对土壤和植物造成危害。
例如在一些有条件的地区，将经过无害化处理的污泥用于园林绿地的施肥，既解决了污泥的处置问题，又可以改善土壤的肥力。
