廢水處理系統是指處理廢水的幾種單元過程合理組合成的整體。由于廢水的種類和性質非常復雜，處理的目的要求也各不相同，因此往往需要將幾種處理方法(或稱單元技術)組合起來，并合理地配置其主次關系和前后順序，使之構成一個有機的整體，才能有效、經濟地實現處理任務。
廢水處理系統通常包括預處理系統、膜處理系統、蒸發處理系統等。其中，預處理系統包含芬頓氧池池、混凝反應池、物化沉淀池、污泥濃縮池、壓濾機等；膜處理系統包含超濾(UF)膜機組以及二級RO膜機組；蒸發處理系統包含待蒸發水箱和三效蒸發器等。
廢水處理系統的處理過程包括物理、化學和生物方法。物理方法如濾清，通過濾料或濾網等裝置將廢水中的固體顆粒進一步去除；化學方法如氧化，利用氧化劑將廢水中的有機物進行降解；生物方法則通過微生物對廢水中的有機物進行降解和轉化，如活性污泥法和生物膜法等。
此外，廢水處理系統還注重深度處理，以進一步提高廢水的處理效果，使之達到排放標準或回用要求。常見的深度處理方法包括反滲透、超濾、納濾、電滲析、臭氧氧化、光催化等。
近年來，廢水處理領域的頂層設計越來越強調系統化，從“水處理”升維到“水環境”、“水生態”，注重統籌水資源、水環境、水生態治理，以實現更全面的環境治理。
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