我國是嚴重缺水的國家之一。尤其是城市化快速發展時期，城市缺水狀況越來越嚴重。為解決大量的工業生產用水和市政或生活輔助用水，污水回用成為可靠的第二水源。污水深度處理及回用不僅緩解了供水不足、水污染和改善生態環境等問題，而且提高了回用水的水質、水量及其經濟附加值，使之具有更廣泛的應用空間，從而創造更多的經濟效益。
污水深度處理，也稱處理或三級處理。它是將二級處理出水再進一步進行物理、化學和生物處理，以便有效去除污水中各種不同性質的雜質，從而滿足用戶對水質的使用要求。深度處理常見的方法有以下幾種。
（1） 活性炭吸附法
活性炭是一種多孔性物質，而且易于自動控制，對水量、水質、水溫變化適應性強，因此活性炭吸附法是一種具有廣闊應用前景的污水深度處理技術。活性炭對分子量在500～3 000的有機物有十分明顯的去除效果，去除率一般為70%～86.7%，可經濟有效地去除嗅、色度、重金屬、消毒副產物、氯化有機物、放射性有機物等。
常用的活性炭主要有粉末活性炭（PAC）、顆粒活性炭（GAC）和生物活性碳（BAC）三大類。近年來，國外對PAC的研究較多，已經深入到對各種具體污染物的吸附能力的研究。淄博市引黃供水有限公司根據水污染的程度，在水處理系統中，投加粉末活性炭去除水中的COD，過濾后水的色度能降底1～2度；臭味降低到0度。GAC在國外水處理中應用較多，處理效果也較穩定，美國環保署（USEPA）飲用水標準的64項有機物指標中，有51項將GAC列為zui有效技術。
GAC處理工藝的缺點是基建和運行費用較高，且容易產生亞硝酸鹽等致癌物，突發性污染適應性差。如何進一步降低基建投資和運行費用，降低活性炭再生成本將成為今后的研究重點。BAC可以發揮生化和物化處理的協同作用，從而延長活性炭的工作周期，大大提高處理效率，改善出水水質。不足之處在于活性炭微孔極易被阻塞、進水水質的pH 適用范圍窄、抗沖擊負荷差等。目前，歐洲應用BAC技術的水廠已發展到70個以上，應用zui廣泛的是對水進行深度處理。撫順石化分公司石油三廠采用BAC技術，既節省了新鮮水的補充量，減少污水排放量，減輕水體污染，降低生產成本，還體現了經濟效益和社會效益的統一。今后的研究重點是降低投資成本和增加各種預處理措施與BAC聯用，提高處理效果。
（2） 膜分離法
膜分離技術是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術。它的zui大特點是分離過程中不伴隨有相的變化，僅靠一定的壓力作為驅動力就能獲得很高的分離效果，是一種非常節省能源的分離技術。
微濾可以除去細菌、病毒和寄生生物等，還可以降低水中的磷酸鹽含量。天津開發區污水處理廠采用微濾膜對SBR二級出水進行深度處理, 滿足了景觀、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求。
超濾用于去除大分子，對二級出水的COD和BOD去除率大于50%。北京市高碑店污水處理廠采用超濾法對二級出水進行深度處理，產水水質達到生活雜用水標準，回用污水用于洗車，每年可節約用水4700 m3。
反滲透用于降低礦化度和去除總溶解固體，對二級出水的脫鹽率達到90%以上，COD和BOD的去除率在85%左右，細菌去除率90%以上。緬甸某電廠采用反滲透膜和電除鹽聯用技術，用于鍋爐補給水。經反滲透處理的水，能去除絕大部分的無機鹽、有機物和微生物。
納濾介于反滲透和超濾之間，其操作壓力通常為0.5～1.0 MPa，納濾膜的一個顯著特點是具有離子選擇性，它對二價離子的去除率高達95%以上，一價離子的去除率較低，為40%～80%。潘巧明等人采用膜生物反應器－納濾膜集成技術處理糖蜜制酒精廢水取得了較好結果，出水COD小于100 mg/L，廢水回用率大于80%。
我國的膜技術在深度處理領域的應用與*水平尚有較大差距。今后的研究重點是開發、制造高強度、長壽命、抗污染、高通量的膜材料，著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關鍵問題。
（3） 氧化法
工業生產中排放的高濃度有機污染物和有毒有害污染物，種類多、危害大，有些污染物難以生物降解且對生化反應有抑制和毒害作用。而氧化法在反應中產生活性*的自由基（如·OH等），使難降解有機污染物轉變成易降解小分子物質，甚至直接生成CO2和H2O，達到無害化目的。
污水的深度處理在城市和工業污水回用處理中扮演著非常重要的角色。在傳統的生物方法之后，深度處理用于去除額外的污染物、特殊金屬以及其他有害成分。現在已有的深度處理方法包括顆粒介質過濾、吸附、膜技術、氧化和消毒等。聲技術是一種正在發展的、重要的，并且能夠得到高質量再生水源的污水回用技術。不斷的深入研究將會帶來更為有效的污水回用技術的改進，并在未來的污水回用中更為廣泛的使用。
污水回用可為城市的發展提供或補充充足的水源。目前，污水回用的一些研究熱點包括：
（1）與痕量有機物質相關的健康風險評價；
（2）評價微生物性質的監測方法的改進；
（3）用于制造高質量再生水的膜技術的應用；
（4）再生水儲存效果的評價；
（5）再生水中微生物、化學物質、有機污染物的評價；
（6）中小型生活污水處理與回用設備設計；
（7）污水回用管網體系的研究和建立。
