Xử lý nước thải là một khía cạnh quan trọng trong quá trình phát triển đô thị, tác động đến-hạnh phúc cộng đồng và sự phát triển bền vững của con người. Đó là yêu cầu về môi trường, là cơ sở cho chất lượng nước và là chìa khóa để tận dụng tài nguyên nước thải. Hiện nay, nước thải được thu gom từ hệ thống thoát nước đô thị (kết hợp hoặc riêng biệt) và thải ra các nhà máy xử lý nước thải. Sau đó, các nhà máy này thực hiện xử lý bậc ba để đáp ứng tiêu chuẩn xả thải quốc gia trước khi xả vào các hồ chứa nước tái chế được chỉ định. Nước tái chế sau đó được vận chuyển đến các khu vực phủ xanh và tưới tiêu thông qua mạng lưới nước tái chế, đạt được mức độ tái chế nước thải cao.
Xử lý nước thải bậc ba là một quy trình xử lý nước thải hoàn chỉnh được liên kết chặt chẽ và dần dần nâng cao các phương pháp xử lý sơ cấp và thứ cấp. Các nhà máy xử lý nước thải khác nhau ở các vùng khác nhau chọn các phương pháp xử lý khác nhau dựa trên yêu cầu môi trường và mục đích sử dụng của địa phương. Đầu tiên, xử lý sơ cấp sử dụng các sàng thô và mịn để loại bỏ một lượng lớn chất rắn lơ lửng, rác thải, v.v. Sau đó, các buồng nghiền tách các trầm tích rắn lớn như cát và sỏi, sau đó là bể lắng sơ cấp để lắng các hạt lơ lửng. Hầu hết chất thải rắn và tạp chất đều được loại bỏ nhưng giai đoạn này chủ yếu sử dụng các phương pháp xử lý vật lý, để lại một lượng đáng kể chất hữu cơ và các tạp chất khác không thể thải trực tiếp ra môi trường mà cần phải xử lý thêm.
Xử lý thứ cấp chủ yếu bao gồm các quá trình sinh học, sử dụng công nghệ bùn hoạt tính và phương pháp màng sinh học, kết hợp với bể lắng thứ cấp để tách chất lỏng-rắn, loại bỏ chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học khỏi nước thải. Sau giai đoạn này, hầu hết chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ trong nước có thể được loại bỏ, hàm lượng nitơ và phốt pho giảm trên 30%, cơ bản đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B cho các nhà máy xử lý nước thải sơ cấp đô thị. Nhiều nhà máy xử lý nước thải được trang bị cấu hình này. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, mức độ xử lý nước thải này không còn đủ, cần phải xử lý cao cấp hơn.
Xử lý bậc ba là phương pháp xử lý nước thải tiên tiến, sử dụng phương pháp toàn diện kết hợp các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học để loại bỏ các tạp chất như nitơ và phốt pho, kim loại nặng và các vi sinh vật gây bệnh có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng. Hiện nay, hầu hết các nhà máy xử lý nước thải chủ yếu sử dụng các công nghệ như loại bỏ nitơ và phốt pho, lọc sâu và khử trùng. Nước được xử lý thứ cấp được thải vào các bộ lọc khử nitrat và nitrat hóa để loại bỏ nitơ, sau đó vào bể loại bỏ phốt pho, nơi các thuốc thử hóa học như PAC và PFS được thêm vào để loại bỏ phốt pho, sau đó vào bể lọc sâu để lọc các chất rắn lơ lửng nhỏ và cuối cùng được khử trùng bằng clo dioxide hoặc tia cực tím trước khi thải ra.