用此法處理廢水有離子交換、電滲析、反滲透、氣浮分離、汽提、吹脫、吸附、萃取等方法。物理化學法主要用于分離廢水中的溶解物質，回收有用的物質成分，使廢水得到深度處理。
①離子交換法。離子交換法是利用離子交換劑上的離子和廢水中的離子進行交換，而除去廢水中的有害離子的方法。離子交換法的特點主要是吸附離子化的物質，并進行等當量的離子交換。采用離子交換來處理廢水，廣泛用于回收廢水中的金屬離子，如金、銀、鉑、汞、鉻、鎘、鋅、銅等。除此之外，在凈化放射性廢水方面也有應用。
②吸附法。固體表面分子、原子或離子同液體表面一樣，表面存在剩余的表面自由能，同樣具有自動降低這種能量的趨勢。固體表面會自動降低自由能的趨勢往往表現為對氣體或液體中某種物質的吸附作用。固體表面也就是由固體和氣體或固體與液體組成的，在此相同界面上常會出現氣體組分或溶質組分濃度升高的現象，這就是固體表面的吸附作用。利用吸附劑(活性炭、活化煤、腐植酸、硅藻土、白陶土、硅膠、活性鋁、分子篩等)可除去廢水中的酚、染料、農y、有機物、各種重金屬離子等，還可吸附廢氣中的有害毒物，吸附法在三廢治理中是一種很有前途的處理方法。
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