污水處理廠中積累的殘留物稱為污泥（或生物固體）。污水污泥是固體，半固體或泥漿殘留物，是廢水處理過程的副產(chǎn)品。該殘留物通常被分類為主要和次要污泥。初級污泥是由化學(xué)沉淀，沉降和其他主要過程產(chǎn)生的，而次級污泥是由生物處理產(chǎn)生的活化廢物生物質(zhì)。一些污水處理廠還從家庭現(xiàn)場廢水處理系統(tǒng)中接收垃圾或化糞池中的固體。污泥經(jīng)常合并在一起進(jìn)行進(jìn)一步處理和處置。
使用熱水解和厭氧消化處理污水污泥從二次污水處理中獲得的混合污泥將通過溶解氣浮選槽，其中固體上升至表面并被撇除。增稠的污泥用蒸汽打漿，然后進(jìn)行熱水解，在此過程中，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等大分子在熱和壓力下分解。水解的污泥通過閃蒸罐，在那里壓力突然下降導(dǎo)致細(xì)胞破裂，然后進(jìn)入?yún)捬跸诩?xì)菌中細(xì)菌將溶解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣（可用于為處理過程提供燃料）。消化后的污泥經(jīng)過脫水步驟；干燥的固體被處理掉，水被送回第二級處理。
污水污泥的處理和處置是所有廢水處理廠設(shè)計和運(yùn)行的主要因素。在最終處置之前處理污泥的兩個基本目標(biāo)是減少污泥的體積并穩(wěn)定有機(jī)材料。穩(wěn)定的污泥沒有令人討厭的氣味，可以進(jìn)行處理而不會造成滋擾或健康危害。較小的污泥量可降低泵送和存儲的成本。
污水污泥的處理可能包括 增稠，消化和脫水過程。
增稠
增稠通常是污泥處理的第一步，因為處理稀薄的污泥（懸浮在水中的固體漿液）是不切實際的。增稠通常在稱為重力增稠器的罐中完成。增稠劑可以將污泥的總體積減少到原始體積的一半以下。重力加厚的替代方法是溶解氣浮選。在該方法中，空氣氣泡攜帶固體表面上，其中的濃縮污泥的形式的層。
消化
污泥消化是一個生物過程，其中有機(jī)固體被分解成穩(wěn)定的物質(zhì)。消化可減少固體總量，消滅病原體，并使污泥脫水或干燥更容易。消化后的污泥無害，具有豐富的盆栽土壤的外觀和特征。
大多數(shù)大型污水處理廠使用兩階段消化系統(tǒng)，其中有機(jī)物被細(xì)菌厭氧代謝（在無氧條件下）。在第一階段，將淤泥濃縮至干固體（DS）含量約為5％，然后在密閉罐中加熱并混合幾天。形成酸的細(xì)菌水解大分子，例如蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，將它們分解為較小的水溶性分子，然后將這些較小的分子發(fā)酵為各種脂肪酸。然后，污泥流入第二個池，在那里溶解的物質(zhì)被其他細(xì)菌轉(zhuǎn)化為沼氣，即二氧化碳和甲烷的混合物。甲烷是可燃的，用作加熱第一個消化池以及為工廠發(fā)電的燃料。
厭氧消化對溫度，酸度和其他因素非常敏感。它需要仔細(xì)的監(jiān)視和控制。在某些情況下，污泥在第一個消化階段開始時會接種額外的水解酶，以補(bǔ)充細(xì)菌的作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種酶處理可以消滅污泥中更多的有害病原體，并且還可以在消化的第二階段中產(chǎn)生更多的沼氣。
傳統(tǒng)的兩階段厭氧消化過程的另一個增強(qiáng)之處是 熱水解或大分子受熱分解。在消化之前，這是在單獨的步驟中完成的。在典型情況下，該過程從污泥開始，然后將污泥脫水至DS含量約為15％。污泥在碎漿機(jī)中與蒸汽混合，然后將熱的均質(zhì)混合物送入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中將其在約165°C（約330°F）的壓力下保持約30分鐘。到那時，在完成水解反應(yīng)后，一些蒸汽被排出（供入碎漿機(jī)），并且仍然處于一定壓力下的污泥突然釋放到“閃蒸罐”中，在其中閃閃發(fā)光。壓力使許多固體物質(zhì)的細(xì)胞壁破裂。將水解的污泥冷卻，用水稍微稀釋，然后直接送至厭氧消化的第二階段。
污泥消化也可以在需氧條件下進(jìn)行，即在氧氣存在下進(jìn)行。污泥在敞開的水箱中劇烈充氣約20天。在此過程中不會生成甲烷氣體。盡管有氧系統(tǒng)比厭氧系統(tǒng)更易于操作，但由于曝氣需要動力，它們的運(yùn)行成本通常更高。有氧消化通常與小型擴(kuò)展曝氣或接觸穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)合在一起。
有氧消化和常規(guī)厭氧消化將大約一半的有機(jī)污泥固體轉(zhuǎn)化為液體和氣體。熱水解再進(jìn)行厭氧消化可以將約60％到70％的固體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體和氣體。不僅是固體的體積產(chǎn)生比常規(guī)消化小，但更大的生產(chǎn)沼氣的可以使一些污水處理廠自給能量。
脫水
消化污水 污泥通常在處置前先進(jìn)行脫水。脫水的污泥仍然包含大量的水（通常高達(dá)70％），但是即使具有該水分含量，污泥也不再表現(xiàn)為液體，而是可以作為固體物質(zhì)處理。污泥干燥床提供最簡單的脫水方法。消化后的污泥漿液鋪在敞開的沙床上，并保持干燥。干燥是通過蒸發(fā)和重力通過沙子的結(jié)合來進(jìn)行的?？赡茉谏炒采戏浇⒘艘粋€在沙子下收集水的，然后抽回工廠的頂部。干燥大約六周后，污泥餅的固體含量可能約為40％。然后可以用干草叉或前端裝載機(jī)將其從沙子上除去。為了減少在潮濕或寒冷天氣下的干燥時間，玻璃外殼管道網(wǎng)絡(luò)。由于干燥床需要大量的土地面積，因此這種脫水方法通常用于農(nóng)村或郊區(qū)城鎮(zhèn)，而不是在人口稠密的城市。
污泥干燥床的替代品包括旋轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)，離心機(jī)和帶式壓濾機(jī)。這些機(jī)械系統(tǒng)比污泥干燥床需要的空間更少，并且它們提供了更高程度的操作控制。但是，通常必須在它們之前進(jìn)行一個稱為污泥調(diào)節(jié)的步驟，在該步驟中，將化學(xué)藥品添加到液體污泥中以凝結(jié)固體并改善排水性。
處置方式
處理后的污水污泥的最終目的地通常是土地。脫水污泥可以埋在地下衛(wèi)生填埋場。它也可以在農(nóng)業(yè)土地上傳播，以利用其作為土壤改良劑和肥料的價值。由于污泥可能包含有毒的工業(yè)化學(xué)物質(zhì)，因此不會擴(kuò)散到種植農(nóng)作物供人類消費的土地上。
如果沒有合適的土地處置場所（如在城市地區(qū)），可能會產(chǎn)生污泥 焚化。焚化會完全蒸發(fā)水分，并將有機(jī)固體轉(zhuǎn)化為惰性灰分。必須將灰燼處理掉，但減少的體積使處理更經(jīng)濟(jì)。焚化污水污泥時，空氣污染控制是非常重要的考慮因素。必須使用適當(dāng)?shù)目諝馇鍧嵲O(shè)備，例如洗滌器和過濾器。
將海洋中的污泥傾倒曾經(jīng)是許多沿海社區(qū)的一種經(jīng)濟(jì)處置方法，現(xiàn)在不再被認(rèn)為是可行的選擇。現(xiàn)在在美國和許多其他沿海國家中禁止使用。
新興技術(shù)
廢水處理領(lǐng)域的專家一直在努力實施既有技術(shù)，并改善環(huán)境法規(guī)，以實現(xiàn)水質(zhì)目標(biāo)和人類健康保護(hù)。同時，該行業(yè)也在過渡，以應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)，例如氣候變化，人口變化和基礎(chǔ)設(shè)施老化。
改良的治療方法
由于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，許多較舊的廢水處理設(shè)施都需要升級，但是由于擴(kuò)展空間有限，這通常很困難。為了在不需要更多土地面積的情況下提高治療效率，已經(jīng)開發(fā)了新的治療方法。其中包括膜生物反應(yīng)器工藝，壓載絮凝反應(yīng)器和集成固定膜活性污泥（IFAS）工藝。
在里面 在膜生物反應(yīng)器過程中，中空纖維微濾膜組件被浸入一個罐中，在其中可以進(jìn)行曝氣，二次澄清和過濾，從而在較小的土地上提供二次和三次處理。
在一個 鎮(zhèn)流絮凝反應(yīng)器，通過使用沙子和聚合物來幫助懸浮固體凝結(jié)并形成更大的質(zhì)量（稱為絮凝物），可以提高懸浮固體的沉降速率。沙子是在水力旋流器中與污泥分離的，水力旋流器是一種相對簡單的設(shè)備，水在切線處的圓柱體頂部附近被引入其中，以便諸如沙子之類的重質(zhì)材料通過離心力被“紡絲”到外壁。沙子在重力作用下在水力旋流器的底部收集，然后循環(huán)回到反應(yīng)器中。
曝氣生物濾池使用帶有浸沒介質(zhì)的水池，該池既用作生物處理的接觸面，又用作將固體與廢水分離的濾池。應(yīng)用細(xì)氣泡曝氣以促進(jìn)該過程，并使用常規(guī)的反洗清潔介質(zhì)。曝氣生物濾池所需的土地面積僅為常規(guī)活性污泥系統(tǒng)所需面積的約15％。
自動化
先進(jìn)的廢水凈化工藝涉及對工藝參數(shù)和環(huán)境敏感的生物處理。為了確保物理，化學(xué)和生物過程的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，污水處理廠常常需要實施涉及復(fù)雜儀器和過程控制系統(tǒng)的復(fù)雜技術(shù)。使用在線分析儀器，可編程邏輯控制器（PLC），監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)，人機(jī)界面（HMI）以及各種過程控制軟件可實現(xiàn)對治療過程的自動化和計算機(jī)化，并提供遠(yuǎn)程操作。這樣的創(chuàng)新 顯著改善系統(tǒng)操作，從而最大程度地減少監(jiān)管需求。
環(huán)境方面的考慮
對于面臨能源和電力挑戰(zhàn)的社區(qū)，自然療法，節(jié)能和減少碳足跡是一些關(guān)鍵考慮因素。綠色技術(shù)以及包括太陽能和風(fēng)能在內(nèi)的可再生能源在廢水處理中的應(yīng)用正在發(fā)展，并將有助于最大程度地減少人類活動對環(huán)境的影響。生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的天然廢水處理和處置系統(tǒng)已經(jīng)在許多地方變得越來越重要，尤其是在較小的社區(qū)中。這些包括人工濕地，瀉湖，穩(wěn)定池，土壤過濾器，滴灌，地下水充電和其他類似系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的簡單性，成本效益，效率和可靠性為此類環(huán)保技術(shù)提供了潛在的應(yīng)用。
鑒于廢水中富含營養(yǎng)物質(zhì)和其他化學(xué)物質(zhì)，污水處理設(shè)施已被公認(rèn)為資源回收設(shè)施，從而克服了其過去僅作為緩解污染實體的聲譽(yù)。較新的技術(shù)和方法不斷提高從污水處理廠回收能源，養(yǎng)分和其他化學(xué)物質(zhì)的效率，從而有助于建立可持續(xù)的市場并成為廢水處理設(shè)施的創(chuàng)收來源。
營養(yǎng)貿(mào)易等概念也已出現(xiàn)。此類舉措的目的是通過在點源排放者和非點源排放者之間交易營養(yǎng)減少額來控制和實現(xiàn)給定流域的總體污染負(fù)荷目標(biāo)。這樣的計劃可以幫助最大程度地減少養(yǎng)分污染的影響，并減輕因昂貴的污水處理廠升級而給社會帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
