污水处理厂中积累的残留物称为污泥（或生物固体）。污水污泥是固体，半固体或泥浆残留物，是废水处理过程的副产品。该残留物通常被分类为主要和次要污泥。初级污泥是由化学沉淀，沉降和其他主要过程产生的，而次级污泥是由生物处理产生的活化废物生物质。一些污水处理厂还从家庭现场废水处理系统中接收垃圾或化粪池中的固体。污泥经常合并在一起进行进一步处理和处置。
使用热水解和厌氧消化处理污水污泥从二次污水处理中获得的混合污泥将通过溶解气浮选槽，其中固体上升至表面并被撇除。增稠的污泥用蒸汽打浆，然后进行热水解，在此过程中，蛋白质和脂质等大分子在热和压力下分解。水解的污泥通过闪蒸罐，在那里压力突然下降导致细胞破裂，然后进入厌氧消化，在细菌中细菌将溶解的有机物转化为沼气（可用于为处理过程提供燃料）。消化后的污泥经过脱水步骤；干燥的固体被处理掉，水被送回第二级处理。
污水污泥的处理和处置是所有废水处理厂设计和运行的主要因素。在最终处置之前处理污泥的两个基本目标是减少污泥的体积并稳定有机材料。稳定的污泥没有令人讨厌的气味，可以进行处理而不会造成滋扰或健康危害。较小的污泥量可降低泵送和存储的成本。

污水污泥的处理可能包括 增稠，消化和脱水过程。

增稠

增稠通常是污泥处理的第一步，因为处理稀薄的污泥（悬浮在水中的固体浆液）是不切实际的。增稠通常在称为重力增稠器的罐中完成。增稠剂可以将污泥的总体积减少到原始体积的一半以下。重力加厚的替代方法是溶解气浮选。在该方法中，空气气泡携带固体表面上，其中的浓缩污泥的形式的层。

消化

污泥消化是一个生物过程，其中有机固体被分解成稳定的物质。消化可减少固体总量，消灭病原体，并使污泥脱水或干燥更容易。消化后的污泥无害，具有丰富的盆栽土壤的外观和特征。

大多数大型污水处理厂使用两阶段消化系统，其中有机物被细菌厌氧代谢（在无氧条件下）。在第一阶段，将淤泥浓缩至干固体（DS）含量约为5％，然后在密闭罐中加热并混合几天。形成酸的细菌水解大分子，例如蛋白质和脂质，将它们分解为较小的水溶性分子，然后将这些较小的分子发酵为各种脂肪酸。然后，污泥流入第二个池，在那里溶解的物质被其他细菌转化为沼气，即二氧化碳和甲烷的混合物。甲烷是可燃的，用作加热第一个消化池以及为工厂发电的燃料。

厌氧消化对温度，酸度和其他因素非常敏感。它需要仔细的监视和控制。在某些情况下，污泥在第一个消化阶段开始时会接种额外的水解酶，以补充细菌的作用。已经发现，这种酶处理可以消灭污泥中更多的有害病原体，并且还可以在消化的第二阶段中产生更多的沼气。

传统的两阶段厌氧消化过程的另一个增强之处是 热水解或大分子受热分解。在消化之前，这是在单独的步骤中完成的。在典型情况下，该过程从污泥开始，然后将污泥脱水至DS含量约为15％。污泥在碎浆机中与蒸汽混合，然后将热的均质混合物送入反应器，在反应器中将其在约165°C（约330°F）的压力下保持约30分钟。到那时，在完成水解反应后，一些蒸汽被排出（供入碎浆机），并且仍然处于一定压力下的污泥突然释放到“闪蒸罐”中，在其中闪闪发光。压力使许多固体物质的细胞壁破裂。将水解的污泥冷却，用水稍微稀释，然后直接送至厌氧消化的第二阶段。

污泥消化也可以在需氧条件下进行，即在氧气存在下进行。污泥在敞开的水箱中剧烈充气约20天。在此过程中不会生成甲烷气体。尽管有氧系统比厌氧系统更易于操作，但由于曝气需要动力，它们的运行成本通常更高。有氧消化通常与小型扩展曝气或接触稳定系统结合在一起。

有氧消化和常规厌氧消化将大约一半的有机污泥固体转化为液体和气体。热水解再进行厌氧消化可以将约60％到70％的固体物质转化为液体和气体。不仅是固体的体积产生比常规消化小，但更大的生产沼气的可以使一些污水处理厂自给能量。

脱水

消化污水 污泥通常在处置前先进行脱水。脱水的污泥仍然包含大量的水（通常高达70％），但是即使具有该水分含量，污泥也不再表现为液体，而是可以作为固体物质处理。污泥干燥床提供最简单的脱水方法。消化后的污泥浆液铺在敞开的沙床上，并保持干燥。干燥是通过蒸发和重力通过沙子的结合来进行的。可能在沙床上方建立了一个在沙子下收集水的，然后抽回工厂的顶部。干燥大约六周后，污泥饼的固体含量可能约为40％。然后可以用干草叉或前端装载机将其从沙子上除去。为了减少在潮湿或寒冷天气下的干燥时间，玻璃外壳管道网络。由于干燥床需要大量的土地面积，因此这种脱水方法通常用于农村或郊区城镇，而不是在人口稠密的城市。

污泥干燥床的替代品包括旋转鼓式真空过滤机，离心机和带式压滤机。这些机械系统比污泥干燥床需要的空间更少，并且它们提供了更高程度的操作控制。但是，通常必须在它们之前进行一个称为污泥调节的步骤，在该步骤中，将化学药品添加到液体污泥中以凝结固体并改善排水性。

处置方式

处理后的污水污泥的最终目的地通常是土地。脱水污泥可以埋在地下卫生填埋场。它也可以在农业土地上传播，以利用其作为土壤改良剂和肥料的价值。由于污泥可能包含有毒的工业化学物质，因此不会扩散到种植农作物供人类消费的土地上。

如果没有合适的土地处置场所（如在城市地区），可能会产生污泥 焚化。焚化会完全蒸发水分，并将有机固体转化为惰性灰分。必须将灰烬处理掉，但减少的体积使处理更经济。焚化污水污泥时，空气污染控制是非常重要的考虑因素。必须使用适当的空气清洁设备，例如洗涤器和过滤器。

将海洋中的污泥倾倒曾经是许多沿海社区的一种经济处置方法，现在不再被认为是可行的选择。现在在美国和许多其他沿海国家中禁止使用。

新兴技术

废水处理领域的专家一直在努力实施既有技术，并改善环境法规，以实现水质目标和人类健康保护。同时，该行业也在过渡，以应对未来的挑战，例如气候变化，人口变化和基础设施老化。

改良的治疗方法

由于水质标准越来越严格，许多较旧的废水处理设施都需要升级，但是由于扩展空间有限，这通常很困难。为了在不需要更多土地面积的情况下提高治疗效率，已经开发了新的治疗方法。其中包括膜生物反应器工艺，压载絮凝反应器和集成固定膜活性污泥（IFAS）工艺。

在里面 在膜生物反应器过程中，中空纤维微滤膜组件被浸入一个罐中，在其中可以进行曝气，二次澄清和过滤，从而在较小的土地上提供二次和三次处理。

在一个 镇流絮凝反应器，通过使用沙子和聚合物来帮助悬浮固体凝结并形成更大的质量（称为絮凝物），可以提高悬浮固体的沉降速率。沙子是在水力旋流器中与污泥分离的，水力旋流器是一种相对简单的设备，水在切线处的圆柱体顶部附近被引入其中，以便诸如沙子之类的重质材料通过离心力被“纺丝”到外壁。沙子在重力作用下在水力旋流器的底部收集，然后循环回到反应器中。

曝气生物滤池使用带有浸没介质的水池，该池既用作生物处理的接触面，又用作将固体与废水分离的滤池。应用细气泡曝气以促进该过程，并使用常规的反洗清洁介质。曝气生物滤池所需的土地面积仅为常规活性污泥系统所需面积的约15％。

自动化

先进的废水净化工艺涉及对工艺参数和环境敏感的生物处理。为了确保物理，化学和生物过程的稳定可靠运行，污水处理厂常常需要实施涉及复杂仪器和过程控制系统的复杂技术。使用在线分析仪器，可编程逻辑控制器（PLC），监督控制和数据采集（SCADA）系统，人机界面（HMI）以及各种过程控制软件可实现对治疗过程的自动化和计算机化，并提供远程操作。这样的创新 显着改善系统操作，从而最大程度地减少监管需求。

环境方面的考虑

对于面临能源和电力挑战的社区，自然疗法，节能和减少碳足迹是一些关键考虑因素。绿色技术以及包括太阳能和风能在内的可再生能源在废水处理中的应用正在发展，并将有助于最大程度地减少人类活动对环境的影响。生态和经济的天然废水处理和处置系统已经在许多地方变得越来越重要，尤其是在较小的社区中。这些包括人工湿地，泻湖，稳定池，土壤过滤器，滴灌，地下水充电和其他类似系统。这些系统的简单性，成本效益，效率和可靠性为此类环保技术提供了潜在的应用。

鉴于废水中富含营养物质和其他化学物质，污水处理设施已被公认为资源回收设施，从而克服了其过去仅作为缓解污染实体的声誉。较新的技术和方法不断提高从污水处理厂回收能源，养分和其他化学物质的效率，从而有助于建立可持续的市场并成为废水处理设施的创收来源。

营养贸易等概念也已出现。此类举措的目的是通过在点源排放者和非点源排放者之间交易营养减少额来控制和实现给定流域的总体污染负荷目标。这样的计划可以帮助最大程度地减少养分污染的影响，并减轻因昂贵的污水处理厂升级而给社会带来的经济负担。