深度处理的目的是进一步去除二级（强化）处理未能完全去除的有机污染物、SS、色度、嗅味和矿化物等。常见的深度处理技术包括混凝沉淀、介质过滤（含生物过滤）、膜处理及氧化等，本指南将膜生物反应器（MBR）技术也包括在深度处理技术中。
1混凝沉淀技术
利用混凝剂使水中的悬浮颗粒物和胶体物质凝聚形成絮体，然后通过沉淀的方式去除絮体。混凝剂混合反应方式可采用管道混合或机械搅拌等方式。宜选择铝盐和铁盐为主的混凝剂，必要时可投加有机高分子助凝剂。沉淀设施主要有平流、竖流、辐流和斜板（管）沉淀池，也可利用澄清池去除絮体。
2介质过滤技术
包括砂滤、滤布滤池等SS去除技术。
3生物过滤
利用滤料及其表面附着的生物膜去除氮、有机污染物和悬浮物。根据处理目标不同分为曝气生物滤池和反硝化滤池。
4膜处理技术
膜处理技术包括基于微滤和超滤的固液分离技术，以及基于反渗透的脱盐及溶解性污染物去除技术。具体包括：膜生物反应器（MBR）技术、微滤/超滤膜过滤技术；反渗透（RO）技术等。
将膜分离技术与活性污泥生物处理单元相结合，以膜过滤取代传统二沉池的水处理技术。常用组件类型主要有板式和中空纤维两种。
微滤/超滤膜过滤
利用微滤膜或超滤膜去除水中SS和胶体物质的处理技术，主要包括外置式和浸没式两种应用方式。常用组件类型主要有板式、管式和中空纤维三种。
反渗透技术
利用只能透过水而不能透过溶质的反渗透膜进行水中溶解性物质去除的膜分离技术。
5氧化技术
利用臭氧等强氧化剂对水中色度、嗅味及有毒有害有机物等进行氧化去除的技术，根据来水水质状况和出水水质要求还可以采用臭氧－过氧化氢、紫外－过氧化氢等氧化技术。
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