К физико-химическим методам очистки относятся:

Флотация - для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые плохо отстаиваются. Для этого в воду подают воздух под давлением через перфорированные трубы с мелкими отверстиями. При движении через слой жидкости, пузырьки воздуха сливаются с частичками загрязнений и поднимают их на поверхность воды, где они собираются в виде пены. Эффект очистки зависит от величины пузырьков воздуха, которые должны иметь размер 10–15 мкм. Степень очистки составляет 95–98%. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты. Иногда во флотаторе одновременно проводится и окисление, тогда воду насыщают воздухом, обогащенным кислородом или озоном. В других случаях для устранения окисления флотацию осуществляют инертными газами.

Адсорбционная очистка (очистка на твердых сорбентах) применяется для глубокой очистки сточных вод при незначительной концентрации загрязнителей, если они биологически не разлагаются или являются сильными ядами (фенолы, гербициды, пестициды, ароматические соединения, СПАВ, красители и др.).

Адсорбция может быть реагентной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе с адсорбентом. Эффективность очистки, в зависимости от применяемого адсорбента, 80–95%. В качестве адсорбентов используются активированный уголь, зола, шлаки, синтетические сорбенты, глины, силикогели, алюмогели, гидраты окислов металлов. Наиболее универсальны активированные угли с радиусом пор 0,8–5 нм.

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cl, Va, Mn и др.), а так же соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Суть метода заключается в том, что существуют природные (глинистые минералы, цеолиты, полевые шпаты, различные слюды) и синтетические (силикагели, труднорастворимые окиси и гидроокиси некоторых металлов, например алюминия, хрома, циркония и др.) вещества, нерастворимые в воде, которые при смешивании с водой обменивают свои ионы на ионы, содержащиеся в воде.

Экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Экстракция выгодна, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует затраты на ее проведение. При концентрации 3–4 г/дм³ экстракция выгоднее адсорбции.

Ультрафильтрация – процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества, размером менее 0,5 мкм.

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, коагулирование и флокулирование, окисление и восстановление. Химическая очистка проводится как доочистка вод перед биологической очисткой или после нее.

Нейтрализация. Сточные воды, содержащие кислоты или щелочи, перед сбросом в водоемы или перед технологическим использованием подвергаются нейтрализации. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН 6,5–8,5. Для нейтрализации кислых стоков используют щелочи (NaOH, KOH, (Na₂CO₃), карбонаты кальция и магния и др.), для нейтрализации щелочных – кислоты.

Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц при их взаимодействии и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмулированных веществ. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов окисей металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести и улавливают коллоидные и взвешенные частицы.

Флокуляция – это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высоко молекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличии от коагуляции агрегатизация происходит не только в результате контакта, но и в результате взаимодействия флокулянта и извлекаемого вещества. Для очистки используют природные и синтетические (полиакриламид, крахмал, целлюлозы) флокулянты.

К электрохимическим методам очистки вод от различных растворенных и диспергированных примесей относят: анодное окисление, катодное восстановление, электрокоагуляцию, электрофлотацию, электродиолиз. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока.

Биохимические методы очистки применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от органических и некоторых неорганических соединений (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и др.). Процесс очистки основан на том, что некоторые микроорганизмы используют загрязняющие вещества в пищу.

Существуют аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. При аэробном методе используются микроорганизмы, для жизни которых необходим кислород и температура 20–40ºС.

Анаэробные методы протекают без кислорода, их используют в основном для обеззараживания осадков.

Аэробная очистка может протекать в естественных и искусственных сооружениях. В естественных условия очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственным являются биофильтры, аэротенки и окситенки.

На полях орошения сточные воды используются для орошения сельскохозяйственных культур, посадок деревьев и кустарников.

Биологические пруды представляют 3–5 ступенчатый каскад прудов, через которые с небольшой скоростью движется предварительно очищенная вода.

Биофильтры – сооружения, в которых сточные воды фильтруются через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их в качестве питания и энергии. Омертвевшая пленка смывается отработанной водой и выносится из тела биофильтра.

Аэротенки представляют собой резервуары, в которых очищаемая сточная вода и активный ил насыщаются воздухом и перемешиваются. Для обеспечения нормального хода непрерывно подается воздух. После очистки вода отстаивается. Иногда вместо воздуха для окисления используют технический кислород. Эти сооружения называются окситенками.

В настоящее время не существует универсального метода глубокой очистки воды от всех видов примесей за один технологический прием. В этой связи приобретает актуальное значение снабжение населения портативными индивидуальными фильтрами для доочистки питьевой воды. Белорусскими учеными разрабатываются технологии создания индивидуальных питьевых фильтров на основе активных угольных и ионообменных волокон.