廢水處理（wastewater treatment methods）就是利用物理、化學和生物的方法對廢水進行處理，使廢水凈化，減少污染，以至達到廢水回收、復用，充分利用水資源。
廢水的種類和性質非常復雜，處理的目的要求也各不相同，困此往往需要將幾種處理方法（或稱單元技術）組合起來，并合理地配置其主次關系和前后順序，使之構成一個有機的整體，才能有效、經濟地實現處理任務。這種由幾種單元過程合理組合成的整體，稱為廢水處理系統。
廢水處理（主要是城市生活污水和某些工業廢水）一般可分為三級。
一級處理的任務是從廢水中去除呈懸浮狀態的固體污染物。為此，多采用物理處理法。一般經過一級處理后，懸浮固體的去除率為70%～80%，而生化需氧量（BOD）的去除率只有25%～40%左右，廢水的凈化程度不高。
二級處理的任務是大幅度地去除廢水中的有機污染物 ，以 BOD 為例 ，一般通過 二級處 理后 ，廢水中的 BOD可去除80%～90%，如城市污水處理后水中的 BOD含量可低于30毫克/升。需氧生物處理法的各種處理單元大多能夠達到這種要求。
三級處理的任務是進一步去除二級處理未能去除的污染物，其中包括微生物未能降解的有機物、磷、氮和可溶性無機物。三級處理是高級處理的同義語，但兩者又不一致。三級處理是經二級處理后，為了從廢水中去除某種特定的污染物，如磷、氮等，而補充增加的一項或幾項處理單元；高級處理則往往是以廢水回收、復用為目的，在二級處理后所增設的處理單元或系統。三級處理耗資較大，管理也較復雜，但能充分利用水資源。有少數國家建成了一些污水三級處理廠。
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