Se utilizan varios métodos de proceso de tratamiento de aguas residuales antes de eliminarlas. El objetivo es prevenir la contaminación del agua en las áreas recreativas o en los suministros de agua una vez que se liberan las aguas residuales tratadas. La mayoría de las veces, las aguas residuales se tratan durante un proceso de flujo continuo, ya sea por tratamiento químico de aguas residuales o por métodos físicos o biológicos. Estos métodos y las diferentes etapas de tratamiento ocurren en plantas de tratamiento de aguas residuales, instalaciones diseñadas para manejar grandes volúmenes de agua y eliminar compuestos de desecho de manera segura.
Un proceso físico de tratamiento de aguas residuales no agrega ningún componente químico o material biológico para tratar el agua. El agua se puede filtrar para filtrar objetos grandes. También se puede tratar mediante sedimentación, durante la cual los sólidos se depositan en el fondo bajo la influencia de la gravedad. A continuación, se puede eliminar el agua que no contiene sólidos. Otros procesos físicos incluyen la adición de aire para proporcionar oxígeno dentro de las aguas residuales, y el agua también puede pasar a través de un filtro para eliminar los materiales sólidos.
Otra forma de tratar las aguas residuales es utilizar productos químicos como el cloro, que mata las bacterias, así como el ozono. Estos productos químicos sirven para oxidar el agua, matar cualquier patógeno y ralentizar el ritmo de descomposición. También se puede agregar un ácido o una base a la mezcla para neutralizar el pH de las aguas residuales, mientras que los productos químicos coagulantes reaccionan con los materiales en el agua para facilitar su eliminación. Los métodos químicos y físicos a menudo se combinan en el proceso de tratamiento de aguas residuales, como cuando se usa carbón activado para eliminar sustancias orgánicas.
Se pueden utilizar bacterias y otros microorganismos en el tratamiento biológico de aguas residuales. Estos descomponen otros materiales biológicos en las aguas residuales y, dependiendo del nivel de oxígeno en el agua, se pueden realizar métodos de tratamiento de aguas residuales aeróbicos o anaeróbicos. Los sólidos orgánicos e inorgánicos también se pueden eliminar como lodos de tratamiento de aguas residuales.
Cada proceso de tratamiento de aguas residuales tiene un propósito y se utilizan diferentes procesos según la etapa del tratamiento. Los procesos físicos se utilizan a menudo en el tratamiento preliminar, que implica el uso de dispositivos de cribado, corte y trituración. El tratamiento primario incluye procesos físicos y químicos y depende en mayor medida de tanques grandes. El tratamiento biológico de aguas residuales es típicamente el método utilizado para el tratamiento secundario, y los métodos físicos o químicos se utilizan en etapas más avanzadas del proceso de tratamiento de aguas residuales. Las aguas residuales generalmente se tratan en múltiples etapas que combinan varios métodos físicos, químicos y biológicos.