污水三級處理又稱污水深度處理或高級處理。目的是為進一步去除PAC二級處理未能去除的污染物質，其中包括微生物以及未能降解的有機物或磷、氮等可溶性無機物。三級處理是深度處理的同義詞．但二者又不完全一致。三級處理是經PAC二級處理后，為了從廢水中去除某種特定的污染物質，如磷、氮等而補充增加的一項或幾項處理單元；至于深度處理則往往是以廢水回收、復用為目的，而在PAC二級處理后所增設的處理單元或系統。三級處理耗資較大，管理也較復雜，但能充分利用水資源。完善的三級處理由除磷、脫氮、去除有機物（主要是難以生物降解的有機物）、病毒和病原菌、懸浮物和礦物質等單元過程組成。根據三級處理出水的具體去向，其處理流程和組成單元是不同的。如果為防止受納水體富營養化，則采用除磷和除氮的三級處理；如果為保護下游引用水源或浴場不受污染，則應采用除磷、除氮、除毒物、除病菌和病原菌等三級處理，可直接作為PAC城市飲用水以外的生活用水，如洗衣、清掃、沖洗廁所、噴灑街道和綠化地帶等用水。
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