中水处理方法一般是按照生活污水中各种污染物的含量、中水用途及要求的水质，采用不同的处理单元，组成能够达到处理要求的工艺流程。中水处理方法包括生物处理技术、物化处理法等。
生物处理技术是利用微生物的吸附、氧化分解污水中的有机物的处理方法，包括好氧生物处理和厌氧生物处理。中水处理多采用好氧生物处理技术,包括活性污泥法、接触氧化法、生物转盘等处理方法。这几种方法或单独使用，或几种生物处理方法组合使用，如接触氧化+生物滤池；生物滤池+活性炭吸附；转盘砂滤等流程。但以生物处理为中心的工艺存在以下弊端：1)由于沉淀池固液分离效率不高，曝气池内的污泥难以维持到较高浓度，致使处理装置容积负荷低，占地面积大；2)处理出水受沉淀效率影响，水质不够理想，且不稳定；3)传氧效率低，能耗高；4)剩余污泥产量大，污泥处理费用增加；5)管理操作复杂；6)耐水质、水量和有毒物质的冲击负荷能力极弱，运行不稳定。
物理化学法是以混凝沉淀(气浮)技术及活性炭吸附相结合为基本方式，与传统二级处理相比，提高了水质。但混凝沉淀技术产泥量大，污泥处置费用高。活性炭吸附虽在中水回用中应用较广泛,但随着水污染的加剧和污水回用量的日益增大，其应用也将受到限制。
因此，以高效、实用、可调、节能和工艺简便著称的膜处理技术应运而生。关于膜分离技术的重要性，美国文件曾说“18世纪电器改变了整个工业进程，而20世纪膜技术将改变整个面貌”。日本则把膜技术作为21世纪的重点技术进行研究开发。
膜分离技术包括微滤、纳米过滤、超滤、渗析、反渗透、电渗析、气体分离等，其以处理效果好,能耗低，占地面积小，操作管理容易等特点而倍受关注。微滤可以去除沉淀不能除去的包括细菌、病毒在内的悬浮物，还可以除磷；超滤已被用于去除腐质酸等大分子；反渗透已被用于降低矿化度和去除总溶解性固体(TDS)；使用反渗透对于城市污水处理厂二级出水的脱盐率达90%以上，水的回收率达75%左右，COD和BOD的去除率达85%左右(超滤大于50%)，细菌去除率90%以上，对于含氮化合物、氯化物和磷也有较为优良的脱除性能；纳米过滤介于反渗透和超滤之间，工作压力在015～1MPa,可以截留200～400道尔顿以上的分子，产水量也较大，如在827kPa时达1020L/(m2•d)。纳米过滤可以直接去除一切病毒、细菌和寄生虫，同时大幅度的降低溶解有机物(消毒副产物的前体)，它可将THMs(三卤甲烷)和HAAs(卤代乙酸类物质)前驱物去除90%，硬度去除85%～95%，一价离子去除率大于70%(操作压力为482～689kPa时)，在软化水的同时减少溶解固体，低压大水量使得纳米过滤的运行费用大大降低。为减少消毒副产物和溶解有机碳，用纳米过滤比用传统的处理和用臭氧加活性炭更便宜。
目前，膜分离作为中水回用技术已在我国天津、大连、沈阳等严重缺水的北方地区得到了广泛的应用。1998年，大连大器公司设计的200m3/d的膜中水回用装置就己在大连投入运行；天津德人公司首先开发了重力淹没式膜生物反应器，该技术在2000年己应用于天津普辰大厦的中水回用系统，处理规模为25m3/d，该装置占地仅218m2，处理成本为1105元/m3；2004年沈阳环境科学研究院采用膜生物反应器技术处理辽宁省通信公司沈阳分公司棋盘山培训中心的生活污水，出水指标均好于《沈阳市中水水质标准》的各项指标，并具有较好的脱氮功能。可见膜分离技术无论从处理水质还是从经济效益方面都将对中水回用的发展产生深远的影响。
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