在污水回用處理中，除鹽工藝由于成本高很少涉及，此處不作分析，懸浮物、濁度和石油類可以通過混凝沉淀、過濾工藝去除并達標，因此重點解決的問題就是COD和氨氮的去除，下面僅就這二個問題進行討論。

　　COD的去除

　　一般情況下，經過二級生化處理后的污水中COD濃度已經降到100mg/L以下，BOD5濃度更低，針對這種水質特點，目前采用的深度處理方法有生化法、活性炭吸附法和臭氧預處理+生化法等。

　　生化處理方法

　　采用生化處理方法時，由于基質的限制，微生物增長緩慢，如果采用普通的活性污泥工藝，生長很慢的活性污泥將隨水流流出，曝氣池中的污泥濃度很低，達不到理想的處理效果，因此對二級生化出水一般不采用活性污泥法，而是采用對微生物具有較強固著能力的生物膜法。與普通二級生化處理中的生物膜法不同的是，對污水進行深度處理時對填料的選擇應更慎重，主要考慮的指標是填料的掛膜性能，采用普通的軟性、半軟性塑料或纖維填料時，由于其掛膜性能較差，難以達到預期的處理效果。研究表明，采用生物陶粒填料的接觸氧化工藝可以取得很好的處理效果，對于煉油污水，出水的COD可穩定在40mg/L以下。遼寧盤錦瀝青股份有限公司采用生物陶粒接觸氧化處理生產污水并將處理后污水回用作循環系統補水已經成功的運行了近2年，效果良好。因此采用生物陶粒為載體的生物膜法是深度去除COD的成功工藝。

　　應說明的是，生化方法所能夠去除的主要是二級出水中可以生化降解的有機物，對于生化難降解的有機物是不起作用的。

　　活性炭吸附工藝

　　活性炭吸附法是技術上可靠，經濟上可行的物化處理方法，其原理是利用活性炭巨大的表面積吸附水中的有機物，在國外已經有多年的生產應用實踐，一般對活性污泥法二級出水先進行混凝沉淀和過濾，然后進行活性炭吸附，炭塔的出水的COD可達到10mg/L左右，吸附的COD同活性炭的重量比可以達到0.3～0.8，運行效果都比較理想，因此采用活性炭處理污水廠二級出水從技術看是成熟、可靠的。

　　但是，活性炭吸附處理二級出水也存在一些障礙，其主要問題是活性炭的再生。在運行過程中，活性炭的吸附容量會逐漸飽和，必須進行再生或更換。再生方法通常為熱再生法，需要經過干化、有機物熱解、活化三個過程，其中活化溫度達到820℃以上，設備較為復雜，對于活性炭用量不大的系統，設置活性炭再生設備在經濟上是不合算的，在這種情況下，將飽和的活性炭運回活性碳廠再生更經濟，國內一些活性炭生產廠已經開展了此項業務。

　　臭氧氧化+生化處理工藝

　　對于可生化性很差的污水，單獨采用生化處理方法達不到高的COD處理效果，因此出現了化學氧化+生化處理工藝，其中的氧化劑主要采用臭氧，由于臭氧是一種很強的氧化劑，它可以將很多復雜的有機物氧化為簡單的有機物，使不可生物降解的成分轉化為可生物降解的成分，在這個過程中，臭氧被分解為氧，沒有其它有害物質的產生。對于后續的生化處理單元，一些研究人員提出了生物活性炭工藝，一方面活性炭作為微生物載體用來生長生物膜，另一方面活性炭用來吸附難降解的有機物質，進一步降低污水中的COD。應用表明，該工藝對于污水中有機物的深度去除是有效果的，但也存在一定的問題，一是活性炭仍然需要再生，如果不進行再生，飽和后的活性炭只能起普通生物載體的作用；如果進行再生，則前一階段培養起來的生物膜將被破壞掉。第二個問題是經過沉淀、過濾處理的二級出水中仍然有30～40mg/L的COD，投加臭氧的濃度相應增大，運行成本增加。第三，國內目前還不能生產大容量的臭氧發生器，基建投資大，運行管理復雜。

　　如果將這種工藝用于循環冷卻系統的補充水處理，則未必能達到理想的運行效果。首先，當有機物種類不同時，微生物的生長狀態會有很大的差異，如果有機物成分中可以生化降解的比例高，微生物的基質濃度相應的高，微生物繁殖快，并最終導致微生物粘垢的大量產生。相反，如果有機物成分中可生化降解的比例小，則可以作為微生物基質的數量少，穩定條件下微生物生長數量少。因此在補充水的COD組成中，對微生物繁殖起決定作用的是可生化降解的成分。經過充分的生化處理后，水中所含的絕大部分可生化降解的有機物已經被去除，在這種條件下，即使COD濃度較高，采取適當的措施后可以避免將其作為循環系統的補充水而產生微生物大量繁殖的問題。第二，投加臭氧后，難降解或不可生化降解的有機物得到一定程度的分解，轉化為可生物降解的有機物，使得污水的可生化性提高。如果不進行進一步的生化處理，必將在循環冷卻系統中引起微生物的大量繁殖，因此將投加臭氧作為后置的去除COD措施是不合理的。即使再經過生化處理，這部分可生化降解的有機物可以得到大部分去除，出水中的COD也相應的降低，但臭氧處理后的生化裝置出水的BOD則不一定降低，根據前面的分析，將其作為循環系統補充水補到循環冷卻系統后，微生物的繁殖程度不一定降低。第三，采用臭氧處理的基建成本和運行費用都很高，理論上去除1mg/L的COD需要3mg/L的臭氧，而根據相關試驗，氧化1mg/L氨氮17～20mg/L臭氧，考慮到將有機物部分氧化時投加的臭氧數量可以減少，但要達到理想的效果臭氧投加濃度應遠遠高于微污染給水處理，基建投資和運行費用都將很高。

　　綜合對比，采用生化處理進一步降解污水中的COD是最經濟的處理工藝，其缺點是處理后出水的COD濃度難于達到很低的水平，當要求的COD值很低時，仍需要采取其它措施；活性炭吸附工藝是一項技術可靠、經濟上可行的方法，出水的COD可達到10mg/L左右的水平，缺點是需要定期再生，如附近有活性炭生產廠提供換炭業務時，活性炭吸附工藝是一種較理想的污水深度處理方法；對于臭氧預處理+生化處理方法，雖然能夠使出水COD達到較低的水平，但作為循環冷卻系統補充水不一定能夠減少粘垢的產生量，同時采用臭氧處理還會大大增加基建投資和運行費用，運轉管理也將復雜化，因此在實際工程中應慎重考慮。