污水三级处理是指城市污水处理三个级别中的最后一级，是污水高级处理（又称深度处理）措施。污水经过二级处理后，仍含有磷、氮和难以生物降解的有机物、矿物质、病原体等，需要进一步净化处理，以便消除污染。污水高级处理的另一种形式是物理化学处理法。

污水三级处理(wastewater tertiary treatment)又称深度处理，是在一二级处理基础上，用化学处理和物理化学处理方法进一步除去污水中其他杂质成分，达到重复利用标准。出水水质好，效果稳定，可除去有害的重金属离子，除磷、氮和脱色效果好，易于实现自动检测和自动控制。

污水三级处理是污水经二级处理后，进一步去除污水中的其他污染成分（如；氮、磷、微细悬浮物、微量有机物和无机盐等）的工艺处理过程。

主要方法有生物脱氮法、凝集沉淀法、砂滤法、硅藻土过滤法、活性炭过滤法、蒸发法、冷冻法、反渗透法、离子交换法和电渗析法等。

根据三级处理出水的具体去向和用途，其处理流程和组成单元有所不同。如果为防止受纳水体富营养化，则采用除磷和除氮的处理单元过程；如果为保护下游饮用水源或浴场不受污染，则应采用除磷、除氮、除毒物、除病原体等处理单元过程；如果直接作为城市饮用以外的生活用水，例如洗衣、清扫、冲洗厕所、喷洒街道和绿化地带等用水,其出水水质要求接近于饮用水标准,则要采用更多的处理单元过程。污水的三级处理厂与相应的输配水管道结合起来便形成城市的中水道系统。

三级处理各个单元处理过程如下：

一级处理是它通过机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、油脂等。二级处理是生物处理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。三级处理是污水的深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。

最有效和实用的除磷方法是化学沉淀法，即投加石灰或铝盐、铁盐形成难溶性的磷酸盐沉淀。石灰与废水中的磷酸根离子发生如下反应而形成难溶的羟基磷灰石沉淀：

3HPO3-+5Ca2++4OH-=Ca5(OH)(PO4)3↓+3H2O

为了保证投加石灰的沉淀除磷效果，必须将pH值提高到9.5～11.5。

铝盐和磷酸根反应生成的磷酸铝在pH值为6时沉淀效果最好，铁盐和磷酸根反应生成的磷酸铁在PH值为4时沉淀效果最好。为了确定金属盐的准确投量，须对待处理的污水进行小型试验。

生物硝化－反硝化法：是好氧生物处理过程和厌氧生物处理过程串联工作的系统。污水中的含氮有机物首先经需氧生物处理转化为硝酸盐，随后再经厌氧生物处理将硝酸盐还原为氮气析出而被去除。有多种处理流程，如三级串联的活性污泥法处理系统，其中第一级用于氧化碳水化合物,第二级用于氧化含氮有机物,而第三级是使第二级产生的硝酸盐在厌氧条件下还原析出氮气。在所有的处理流程中，都是向厌氧系统中投加一些补充的需氧源（如甲醇），以使反硝化所需的反应时间缩短而切合实用。

物理－化学法：有三种方法，即吹脱法、折点氯化法和选择性离子交换法。

①吹脱法：使污水的铵离子在高pH值的条件下大部转变成氨气：

NH4++OH-=NH3↑+H2O

在温度25℃和pH值为7、9、11的条件下，溶液中NH4+与NH3的分配比分别为180、1.8和0.018，因此吹脱法除氮最适宜的pH值在11左右。将污水调到这样高的pH值以后送入吹脱塔中，自上而下喷洒流动，与向上流动的空气逆流接触而将氨气吹出。吹脱法的除氮效率主要受到温度的影响。如在气温为20℃和10℃时，除氮率分别为95%和75%。

②折点氯化法：见水的消毒。

③选择性离子交换法：是以沸石（特别是斜发沸石）对铵离子比对钙、镁和钠等离子有优先交换吸附的性能为基础来去除氨氮的。将斜发沸石破碎筛分成20～50目的颗粒，填装于滤池中。废水大约以每小时10倍滤床体积的滤速流经沸石滤池。大约流过200倍滤床体积的正常浓度的城市污水以后，滤出水中会出现氨氮。此时便需要用浓食盐水溶液对沸石滤床进行再生。用过的浓食盐溶液可通过吹脱等方法脱氨，然后重复使用。

活性炭能有效地除去二级处理出水中的大部分有机污染物。一些三级处理厂的粉末活性炭接触吸附装置(或粒状活性炭过滤吸附装置)去除化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)的代表性的效率为70～80%，每公斤活性炭吸附容量为0.25～0.87公斤COD，具体吸附容量是由进水的有机物浓度和所要求的出水有机物浓度决定的。在任何情况下，活性炭的实际吸附容量比按吸附等温线试验测定的吸附容量大得多。这主要是在活性炭上还有生物吸附和氧化作用所致。

臭氧氧化法和活性炭吸附法配合使用，往往能更有效地去除有机物并可延长活性炭的使用寿命。臭氧能将有机物氧化降解，减轻活性炭的负荷，还能将一些难以生物降解的大分子有机物分解为易于生物降解的小分子有机物，而便于被活性炭吸附和生物降解。臭氧氧化的废水流经活性炭滤池时因含有较多的氧气而会增强活性炭的生物活性，提高生物氧化能力。

有三种可采用的方法：即离子交换、电渗析和反渗透。在污水三级处理中用反渗透法脱除矿物质和有机污染物最受重视。使用高效除盐膜反渗透装置的结果证明，总溶解性固体可去除90～95%，磷酸盐可去除95～99%，氨氮可去除80～90%，硝酸盐氮可去除50～85%，悬浮物可去除99～100%，总有机碳可去除90～95%。可见，反渗透法能有效地去除多种污染物。缺点是设备造价和运转费用都高。另外，反渗透膜容易被污染物堵塞，需要清洗。有些三级处理系统是由超过滤和反渗透串联组成的，前者主要去除有机污染物，而后者去除溶解性无机物。

用铝盐和铁盐混凝沉淀，可去除病原体99%以上，经滤池过滤能进一步提高去除率。但是，病原体并未被杀灭，仍在污泥中存活，而用石灰在pH值大于或等于10.5的条件下混凝沉淀则能杀灭污泥中的病毒。用臭氧杀灭病毒的效果也较好。

废水三级处理厂基建费和运行费用都很昂贵，约为相同规模二级处理厂的2～3倍，因此其发展和推广应用受到限制，只运用于严重缺水的地区或城市，回收和利用经三级处理后的出水。