廢水處理對於維持受納水體的品質至關重要。廢水會經由排水溝排出住宅、商業和工業建築；這包括廁所、洗衣機、洗碗機、淋浴和浴缸的水。這些水被輸送到當地的廢水處理設施，並經過一系列處理，以去除可能污染環境的污染物。
污水和其他廢水的二級處理是旨在大幅降低污水中的生物含量的廢水處理階段。這通常使用生物過程。市政和工業工廠通常使用需氧生物製程。
懸浮工藝，特別是活性污泥，在大中型工廠中最常見；固定膜方法（例如粗濾器）需要較少的維護和控制，並且更具彈性，並且適用於成本和維護是主要問題的情況。
有時會以化糞池和沼氣池的形式進行厭氧處理。對於化糞池，初級階段和次級階段合併在一個單元。如果沼氣池用於二級處理，則一級處理階段會減少或排放（旨在去除礫石和垃圾等物質，而不是污水固體）。[需要驗證]
歷史簡介
為了因應自然水體日益嚴重的污染，聯邦政府於 1972 年通過了《清潔水法案》[1]。這些系統旨在去除通常會釋放到自然水體（例如湖泊、河流和海灣）的污染物。
簡要說明
一旦廢水經過初級處理階段，出水將進行二級處理，以去除經過初級處理階段的小懸浮固體和 BOD 5（五天生化需氧量[2] ）。所有二級處理系統都使用生物過程來分解有機物。微生物被引入廢水中並消耗有機物，氧氣被輸送到系統中以確保微生物的生存。不同系統的氧氣輸送有所不同。這種生物過程在自然界中自然發生，但在二級處理系統中會加速。通常 85% 的 BOD 和懸浮固體在此過程中被去除。[1]經過二級處理的水仍會攜帶氮、磷、重金屬、病原體和細菌。為了進一步去除污染物，水被輸送到三級處理[3]系統並消毒。有多種二次處理工藝；以下是處理廠使用的常規流程：
- 活性污泥
- 滴濾池
- 非電動二次過濾（FilterPod）
- 氧化池
這三個過程各有利弊。營運成本、初始成本以及空間是通常決定哪種技術合適的三個因素。空間受到人口規模和土地成本的影響。例如，如果土地昂貴或不需要建造氧化池，則氧化池需要大面積的土地。此外，廢水處理廠需要考慮系統的維護、可靠性和有效性。
活性污泥
圖 1：活性污泥過程：
在活性污泥製程過程中，初級廢水流入曝氣池，在那裡與微生物混合。曝氣池向廢水中註入穩定供應的氧氣或空氣，確保生物體有足夠的氧氣供應來分解廢水中殘留的有機物。出水隨後流入二沉池。此時，污泥流向兩個方向之一： 1. 回到曝氣池，這是因為回流污泥中含有大量微生物，會迅速分解有機物，或 2. 回到污泥消化池[4]。處理後的水進入三級處理階段；在這裡，它將經過最後的處理階段，然後被釋放到天然水系統中。圖 1 是活性污泥系統的範例。
優點：
- 建設成本低
- 佔地面積小
- 氣味相對較低
- 去除高比例的 BOD
缺點：
- 運作成本高（氣泵）
- 需氧量高的能量消耗
滴濾池
圖2：滴濾池過程：
當初級廢水被輸送到滴濾系統時，廢水被分配到介質床上，例如岩石、石頭、塑膠或鹽。最現代的滴流過濾器使用一種岩棉。廢水以足夠慢的速度流過材料，以使微生物在介質表面（以及岩棉類型的介質纖維內）生長，形成一層薄膜。介質的間距允許空氣在整個滴流系統中循環。一旦發生微生物生長，額外的廢水流就會與微生物接觸；這種接觸確保初級處理廢水中的有機物被分解。從介質上脫落的生物膜流經物料床，並被輸送到二沉池以去除多餘的微生物。沉澱的二級廢水將進入消化池或重新進入滴流系統。再次進入滴濾池的二級廢水有多種用途，以下是範例； 1. 進一步處理， 2. 防止微生物乾燥，以及 3. 稀釋或補充初級廢水。圖 2 提供了滴濾系統的視覺佈局。
優點：
- 建設成本低
- 廉價氧氣輸送
- 可用非電力系統
缺點：
- 溫度相關
- 容易發生堵塞，進而導致洪水和系統故障、氧氣供應不足和水流受限
- 比活性污泥佔用更大的面積
- 一些舊型號的維護工作量大
氧化池
圖3：氧化池過程：
氧化池大而淺；典型深度範圍為 1-2.5m。池塘由微生物組成，它們以初級污水中的有機物為食。藻類是氧化池系統的關鍵特徵。藻類很像活性污泥系統中的曝氣池；它們向細菌提供穩定的氧氣流。藻類需要陽光透過光合作用產生氧氣，當沒有陽光時，由風產生的再呼吸提供空氣流。總體而言，該過程緩慢且需要大面積的土地。通常，氧化池用於人口少且土地容易獲得的地區。圖 3 顯示了氧化池系統的基本原理。
優點：
- 能量輸入小
- 降解氮和磷
缺點：
- 佔地面積大
- 可能的氣味
- 過程緩慢
- 保留時間長
- 依賴氣候
參考
- ^ Davis, Mackenzie L., Masten, Susan J. (2004) 環境工程與科學原理，紐約，McGraw-Hill
