Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải từ các khu dân cư, cao ốc văn phòng, resorts, bệnh viện, chợ ….lượng nước thải chủ yếu được phát sinh từ các nguồn thải như: tắm giặt, nấu nướng, chùi rửa nhà, nước thải nhà vệ sinh….

+ Chứa thành phần chất hữu cơ: BOD5, COD, SS, tổng N, P cao.
+ Nhiều vi sinh vật gây bệnh.
+ Thành phần chất thải chứa nhiều dầu mỡ, chất tẩy rửa.
>>>Xem thêm bài : Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Nước thải có thể được xử lý gần với nơi nó được tạo ra, một hệ thống phi tập trung (trong bể tự hoại, lọc sinh học hoặc các hệ thống xử lý hiếu khí), được thu gom và vận chuyển bằng một mạng lưới đường ống và trạm bơm đến nhà máy xử lý của thành phố, một hệ thống tập trung (hệ thống thoát nước,ống dẫn, cơ sở hạ tầng).. Thu gom và xử lý nước thải thường theo các quy định và tiêu chuẩn địa phương, tiểu bang và liên bang. Nguồn nước thải công nghiệp thường yêu cầu quy trình xử lý đặc biệt (xem xử lý nước thải công nghiệp). Nhìn chung bao gồm ba giai đoạn, được gọi là xử lý sơ cấp, thứ cấp và hoàn thiện.
Phương pháp xử lý sơ bộ bao gồm lưu giữ nước thải tạm thời trong bể  tĩnh tại đây các chất rắn nặng có thể lắng xuống đáy trong khi dầu, mỡ và nhẹ hơn các chất rắn nổi lên bề mặt.Lắng cặn và các vật liệu  nổi được loại bỏ và các chất lỏng còn lại có thể được thải hoặc bị xử lý thứ cấp.
Xử lý thứ cấp loại bỏ các chất hoà tan và vật chất sinh học lơ lửng. Xử lý thứ cấp thường được thực hiện bởi người bản xứ, sử dụng các vi sinh vật sống trong nước. Xử lý thứ cấp có thể đòi hỏi một quá trình tách để loại bỏ các vi sinh vật từ nước đã xử lý trước khi xả thải hoặc xử lý hoàn thiện.
Xử lý hoàn thiện đôi khi được định nghĩa là được sử dụng khi xử lý sơ cấp và thứ cấp không có khả năng thực hiện, cho phép xử lý trước khi đưa vào một hệ sinh thái rất nhạy cảm hoặc mong manh mà không thể tiếp nhận nguồn thải (cửa sông, sông có dòng chảy thấp, rạn san hô,…)
Nước đã xử lý có thể được khử trùng hóa học hay vật lý (ví dụ, bởi đầm phá và vi lọc) trước khi thải vào một dòng suối, sông, vịnh, vũng, đất ngập nước,  hoặc có thể được sử dụng cho tưới tiêu của sân golf, cây xanh hoặc công viên. Nếu nó là đủ sạch sẽ, cũng có thể được sử dụng bổ sung cho nguồn nước ngầm hoặc các mục đích nông nghiệp.

Xử lý sơ bộ loại bỏ tất cả các vật liệu có thể dễ dàng thu được từ nước thải ban đầu trước khi nó gây hư hại hay làm tắc nghẽn các máy bơm và đường lắng nước thải chính. Đối tượng thường được loại bỏ trong quá trình xử lý sơ bộ bao gồm  rác, cành cây, lá, và các đối tượng lớn khác.
Dòng nước thải ban đầu đi qua một màn chắn rác của hệ thống thiết bị xử lý rác để loại bỏ tất cả các đối tượng lớn như lon, giẻ rách, gậy, gói nhựa … có trong dòng nước thải. Điều này thường được thực hiện cùng với một màn chắn rác tự động trong nhà máy hiện đại phục vụ dân số đông, trong khi các nhà máy nhỏ hơn hoặc ít hơn hiện đại, thường sử dụng thanh chắn rác làm sạch bằng tay. Hoạt động của màn chắn rác diễn ra có tốc độ phụ thuộc vào sự tích lũy trên màn chắn hoặc tốc độ dòng chảy. Các chất rắn được thu gom và sau đó xử lý trong một bãi rác, hoặc đốt. Màn chắn rác hoặc song chắn rác có kích thước khác nhau được sử dụng để tăng cường quá trình loại bỏ chất rắn. Nếu chất rắn thô không được loại bỏ, nó sẽ bị cuốn theo trong đường ống và bộ phận chuyển động trong nhà máy xử lý, và có thể gây ra thiệt hại đáng kể và giảm hiệu quả trong quá trình xử lý.

Xử lý sơ bộ có thể bao gồm kênh dẫn hoặc buồng cát hoặc đá mạt, nơi vận tốc của nước thải đến được điều chỉnh để cho phép làm lắng cát, sạn, sỏi, và kính vỡ. Những hạt này được loại bỏ vì chúng có thể làm hỏng máy bơm và các thiết bị khác. Đối với hệ thống thoát nước vệ sinh nhỏ, việc loại bỏ này có thể không quan trọng, nhưng  lại rất cần thiết tại các nhà máy lớn hơn. Có 3 dạng bể lắng: Bể lắng ngang, bể lắng có sục khí, bể lắng xoáy nước.

Lắng và cơ khí hóa hiệu quả hơn khi xử lý thứ cấp trong điều kiện dòng chảy ổn định. Bể điều hòa có thể được sử dụng để lưu trữ tạm thời khi dòng chảy ở đỉnh triều hoặc lúc thời tiết ẩm ướt. Bể cung cấp  nơi để lưu trữu tạm thời nước thải duy trì dòng chảy trong quá trình di chuyển  đến nhà máy và là nơi pha loãng, phân chia các nhóm chất thải độc hại hoặc chất thải có độ bền cao mà nếu không có thể gây  ức chế quá trình xử lý sinh học thứ cấp (bao gồm cả chất thải nhà vệ sinh di động, chất thải  trong các xe chuyên chở, và bể tự hoại). Dòng chảy trong bể điều hòa yêu cầu phải được kiểm soát do sự thay đổi khi xả thải. thông thường bao gồm việc bỏ qua một số tiêu chuẩn và làm sạch, và cũng có thể bao gồm thiết bị sục khí. Việc làm sạch có thể được dễ dàng hơn nếu bể chứa ở cuối nguồn của việc sàng lọc và loại bỏ các phần lắng.

Trong một số nhà máy lớn hơn, chất béo và dầu mỡ được loại bỏ bằng các thiết bị tách cát và dầu mỡ,. Nước thải sẽ được chuyển tới vào một buồng chứa nhỏ,  tại đây do quá trình phân tách thu gom chất béo nổi trên bề mặt. Máy thổi khí đặt tại đáy thùng cũng có thể được sử dụng để giúp phá bỏ váng chất béo. Tuy nhiên, nhiều nhà máy, làm sạch chủ yếu bằng việc sử dụng máy móc để loại bỏ các chất béo và dầu mỡ.

Trong giai đoạn lắng sơ cấp, nước thải được chảy qua các bể chứa lớn, thường được gọi là “Bể lắng ban đầu”, “bể lắng sơ cấp” hay “bể lắng chính”.Các bể được sử dụng để tách bùn trong khi dầu mỡ nổi lên bề mặt và được thu gom. Bể lắng sơ cấp thường được trang bị máy cào bùn được điều khiển hoạt động liên tục, bùn được thu bằng một phễu đặt trong đáy của bể, tại đó bùn được bơm về nơi xử lý. Mỡ và dầu được thu hồi có thể là nguyên liệu để xà phòng hóa.

Xử lý thứ cấp được sử dụng  để làm giảm đáng kể hàm lượng các chất sinh học trong nước thải có nguồn gốc từ chất thải của con người, chất thải thực phẩm, xà phòng và chất tẩy rửa. Phần lớn các nhà máy ở các thành phố xử lý nước thải sử dụng quá trình sinh học hiếu khí. Để có hiệu quả, các sinh vật cần được cung cấp oxy và thức ăn để sống. Các vi khuẩn và sinh vật đơn bào phân hủy sinh học tiêu thụ các chất ô nhiễm hữu cơ hòa tan (ví dụ như đường, chất béo, các phân tử carbon ngắn chuỗi hữu cơ, …) và gắn kết nhiều của các phân ít hòa tan dưới dạng kết tủa.Hệ thống xử lý thứ cấp được phân loại là màng lọc cố định và hệ thống phát triển sinh vật lơ lửng.
Màng cố định hay hệ thống phát triển kèm theo bao gồm bể lọc, tháp sinh học, và tiếp xúc sinh học, nơi sinh khối phát triển trong môi trường, nước thải đi qua bề mặt của nó. Nguyên tắc màng cố định đã tiếp tục phát triển với quá trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá thể mà những giá thể này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng MBBR và Công nghệ IFAS (Intergrated fixed film activated sludge): Là công nghệ kết hợp đồng thời hai kĩ thuật xử lý bằng vi sinh: một là, kĩ thuật vi sinh dính bám trên vật liệu mang cố định (fixed film); hai là, kĩ thuật bùn hoạt tính phân tán (dispended activated sludge). Với việc ghép nối hai kĩ thuật này trong một hệ thiết bị xử lý sẽ làm tăng cường lượng vi sinh xử lý nitơ trên vật liệu mang vi sinh cùng với việc tăng hiệu quả xử lý BOD bằng bùn hoạt tính phân tán.

Công nghệ xử lý nước thải hiện nay đang rất phát triển, đặc biệt là ứng dụng các công nghệ mới, thiết bị mới, quy trình mới trong xử lý nước thải, giúp rút ngắn được thời gian xử lý, giảm khối tích công trình xử lý, tiết kiệm năng lượng vận hành, an toàn chất lượng nước đầu ra sau xử lý. Có thể kể đến một số công nghệ thiết bị được ứng dụng rộng rãi như sau:

Công nghệ này ứng dụng để tách các vật thể rắn lơ lửng trong nước thải khỏi pha lỏng để giúp cho nước thải sau xử lý đạt độ tinh khiết cao, chất lượng nước đảm bảo. ( XEm thêm: Màng lọc MBR HUBER )

Nguyên lý quá trình lọc thẩm thấu ngược

Ưu điểm: chất lượng nước đảm bảo, công trình nhỏ gọn
Nhược điểm: chi phí đầu tư cao, vận hành tốn năng lượng, vận hành đòi hỏi kiểm soát một số chất ảnh hưởng đến màng lọc.
Có thể kể đến một số công nghệ màng lọc như: lọc MF (Micro Filter), lọc UF (Ultra Filter), lọc RO (Riverse Osmosis), lọc MBR (Membrane Bio Reactor)…

Công nghệ xử lý nước thải ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng và dính bám là công nghệ truyền thống được áp dụng rất phổ biến và chiếm phần lớn đối với các loại nước thải có nguồn gốc ô nhiễm hưu cơ. Hiện nay một số các thiết bị được nghiên cứu để tăng hiệu quả xử lý của các quá trình này có thể kể đến như: giá thể di động MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor), giá thể vi sinh dính bám cố định, thiết bị khuấy trộn chìm…

Quá trình bùn hoạt tính trong bể xử lý nước thải

Được ứng dụng để tách các hợp chất lơ lửng hoặc hòa tan ra khỏi nước thải thông qua việc tác động của hóa chất hoặc trọng lực.
Hiện tại hiệu quả xử lý của các quá trình này đã được nâng lên đáng kể bằng việc ứng dụng các hóa chất chuyên dụng hoặc các thiết bị chuyên dụng giúp đẩy nhanh quá trình phản ứng và tăng hiệu quả của quá trình tách pha như: hóa chất keo tụ, Polymer, tấm lắng vách nghiêng, thiết bị ly tâm tách cặn…