Dünyada yılda 40.000 km³ tatlı su okyanuslardan karalara transfer olmaktadır. Bu suyun büyük bir kısmı taşkın vb. nedenlerle kaybolurken kullanılabilir su miktarı yıllık olarak 9.000 km³ olmaktadır. Dünya nüfusunun yıllık su gereksinimi kişi başına ortalama 350 m³ civarındadır. Ancak su kirlenmesi nedeni ile su gereksinim kişi başına 700 m³ değerine ulaşmaktadır. Şuan dünya üzerindeki suyun ancak 13 milyar insana yeteceği düşünülmektedir. Dünya nüfusunun zaman içinde artışı ve su kaynaklarının dünya üzerinde eşit olarak dağılmaması (Afrika ve Ortadoğu vb.) gibi nedenlerle su kirliliği önemli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır.

Atıksu içerisindeki kirletici maddelerin fiziksel işlemlerle atık sudan alınması amacı ile kullanılan proseslerdir. Uygulamaları; ızgaralar, elekler, kum tutucular, yüzdürme sistemleri, çöktürme havuzları, dengeleme havuzlarıdır.

• Izgaralar: Büyük hacimli maddelerin atıksudan ayrılarak pompa ve diğer teçhizata zarar vermelerini önlemek ve diğer arıtma ünitelerine gelecek yükü hafifletmek amacı ile kullanılan arıtım üniteleridir. İnce ve kaba ızgaralar olmak üzere aralık miktarlarına bağlı çeşitleri bulunmakta ve manuel veya otomatik temizlemeli olarak dizayn edilebilmektedirler.
• Elekler: Atıksu içerisindeki katı maddelerin tutulması ve arıtma sistemine giriş kirlilik yüklerinin azaltılması amacı ile kullanılırlar.
• Dengeleme Havuzları: Atıksuyun debi ve kirlilik yüklerinin dengelenmesi amacı ile kullanılırlar.
• Kum Tutucular: Atıksu içerisinde bulunan kum, çakıl vb. ayrışmayan maddeleri sudan ayırarak makine ve teçhizatın aşınmasını önlemek, çöktürme havuzlarında kum ve çakıl birikiminin önüne geçmek amacı ile kullanılırlar.
• Yüzdürme Sistemleri: Yüzdürme işlemi, çökeltme işleminin tersidir ve sudan daha düşük özgül ağırlığa sahip taneciklerin yükselmesi esasına dayanır. Yüzdürme sistemleri, atık su içerisinde bulunan yağ, sabun, gres, ahşap parçaları gibi sudan hafif maddeleri tutmak için kullanılırlar.
• Çöktürme Havuzları: Sudan daha fazla yoğunluğa sahip katı maddelerin durağan koşullarda yer çekimi etkisi ile çöktürülerek uzaklaştırılması amacı ile kullanılırlar. Çöktürme havuzları, ön çöktürme veya biyolojik ve kimyasal arıtım işlemi ardından son çöktürme amacı ile kullanılabilirler.

Biyolojik arıtma, atıksu içerisindeki çözünmüş organik maddelerin bakteriyolojik faaliyetlerle ayrıştırılarak giderilmesi işlemidir. Bakterilerin arıtma işlemini gerçekleştirebilmeleri için pH, sıcaklık, çözünmüş oksijen, toksik maddeler gibi parametrelerin kontrol altında tutulması gerekmektedir. Uygulamaları; aktif çamur sistemleri, biyofilm sistemleri, stabilizasyon havuzları, havalandırmalı lagünler ve damlatmalı filtrelerdir.

Aktif çamur:
Aktif çamur sistemi dengeleme, havalandırma, çöktürme ve dezenfeksiyon ünitelerinden oluşmaktadır. Aktif çamur tekniğine göre çalışan sistemler uygulamada en çok kullanılan sistemlerdir. Aktif çamur kolloidal çözünmüş maddelerin mikroorganizmalar ile çökebilir biyolojik floklara dönüştürüldüğü prosestir ve bu proseste havalandırma havuzu içindeki mikroorganizmaların askıda tutulması esastır. Biyolojik arıtma ünitesi havalandırma sonucu, organik maddelerin askıda büyüyen mikroorganizmalar tarafından parçalanması prensibiyle çalışır. Askıda büyüyen mikroorganizmalar suyun içerisinde bulunan organik maddeleri parçalayarak H2O ve CO2’e çevirirler. Mikroorganizmaların organik maddeleri oksitlemesi sonucu organik maddeler ya okside olur, yada biyokütleye dönüşür. Havalandırma havuzunda gereken arıtma veriminin sağlanması amacıyla havuz içerisinde faaliyet gösteren mikroorganizma sayısını (MLSS) sabit bir değerde tutmak gerekmektedir. Bu nedenle biyokütlenin bir kısmı çöktürme kademesinde fazla çamur olarak sistemden atılırken diğer kısmı havalandırma bölümüne geri devrettirilir. Aktif çamur sistemlerinde bakteriler en önemli mikroorganizmalardır. Çünkü organik maddelerin parçalanmasından sorumludurlar. Aktif çamur sistemlerinin dizaynında çeşitli parametreler kullanılır. Bu parametrelerden bazıları çamur yükü, çamur yaşı ve bekletme süresidir.

Biyofilm:
Damlatmalı filtre sistemlerinde üst kısımdan verilen atık sular damlatmalı filtre içine yerleştirilen dolgu malzemelerinin arasından aşağı doğru akar. Dolgu malzemeleri üzerinde mikroorganizmalar oluşur. Damlatmalı filtre tabanından verilen hava mikroorganizmaların yaşamı için gereklidir. Mikroorganizmalar da atık sudaki organik maddeleri tüketirler. Filtre malzemesi taş dolgu yada plastik dolgu malzemesidir. Biodisk sistemleri seri olarak yerleştirilmiş dairesel disklerden oluşur. Disklerin malzemesi polystrene veya polyvinyl kloriddir. Diskler atık suya batmıştır ve yavaş olarak dönerler. Mikroorganizmalar disklerin yüzeyine tutunup tabaka oluştururlar. Disklerin dönmesi biyokütleyi atık sudaki organik maddelerle temas ettirilir. Diskler sonra da atmosferdeki oksijenle temas eder. Disklerin dönmesi ile aerobik şartlar sağlanır.

Stabilizasyon Havuzları:
Stabilizasyon havuzlarının işletilmesi basittir ve fazla mekanik ekipmana ihtiyaç göstermezler. Bu sistemler aerobik, anaerobik ve fakültatif stabilizasyon havuzları olarak sınıflandırılır.

Havalandırmalı Lagünler:
Diğer Bu sistemler havalandırma için doğal alanları kullanır. Gerekli oksijen difüzör veya yüzeysel havalandırıcılar vasıtasıyla temin edilir. Anaerobik Arıtma Sistemleri Anaerobik arıtma sistemleri havasız ortamda gerçekleştirilen arıtma prosesleridir. Uygulamaları; sürekli karışımlı reaktörler, anaerobik filtreler ve akışkan yataklı sistemlerdir.

Sürekli Karışımlı Tank Reaktörü:
Sürekli karıştırılan tank tipinde olan bu reaktör atık suların anaerobik arıtılmasında kullanılan ve katı resirkülasyonu olmayan ilk kuşak reaktörlerden birisidir.

Anaerobik Filtre (Yukarı akışlı dolgu sütunu):
Hareketsiz hücre reaktörlerinin bir uyarlaması olarak geliştirilen anaerobik filtre tipinde kullanılan dolgu malzemesi biyofilm gelişmesi için gerekli olan temas yüzeyini sağlar.

Akışkan Yataklı Sistemler:
Bu sistemde yukarı akışlı reaktör, kısmen bir taşıyıcı malzeme (genellikle kum) ile doldurulur. Söz konusu reaktörde kum tanecikleri üzerinde biyofilm oluşturularak arıtmanın gerçekleştirilmesi amaçlanır.
Kimyasal arıtma sistemleri suda çözünmüş veya askıda halde bulunan maddelerin fiziksel durumunu değiştirerek çökelmelerini sağlamak üzere uygulanan arıtma prosesleridir. Kimyasal arıtma işleminde, uygun pH değerinde atıksuya kimyasal maddeler (koagülant, polielektrolit vb.) ilave edilmesi sonucu, çöktürülmek istenen maddeler çökeltilerek çamur halinde sudan ayrılır. Uygulamaları; nötralizasyon, flokülasyon ve koagülasyondur.

• Nötralizasyon: Asidik ve bazik karakterdeki atıksuların uygun pH değerinin ayarlanması amacı ile yapılan asit veya baz ilavesi işlemidir.
• Koagülasyon:Koagülant maddelerin uygun pH’da atıksuya ilave edilmesi ile atıksuyun bünyesindeki kolloidal ve askıda katı maddelerle birleşerek flok oluşturmaya hazır hale gelmesi işlemidir.
• Flokülasyon:Flokülasyon (yumaklaştırma), atıksuyun uygun hızda karıştırılması sonucunda koagülasyon işlemi ile oluşturulmuş küçük taneciklerin, birbiriyle birleşmesi ve kolay çökebilecek flokların oluşturulması işlemidir.

• Dezenfeksiyon: Arıtma tesisi çıkış suyu alıcı ortama verilmeden önce, suda bulunan bakteri ve virüslerin uzaklaştırılması işlemidir.
• Azot Giderme: Atık suyun içerdiği amonyum iyonları azot bakterileri yardımıyla nitrifikasyon kademesinde önce nitrite ve sonra nitrata dönüştürülür. Daha sonra denitrifikasyon kademesinde anoksik şartlar altında azot gazı halinde sudan uzaklaştırılır.
• Fosfor Giderme: Fosfor bileşiklerini gidermek için kimyasal ve biyolojik metotlar ayrı ayrı veya birlikte kullanılır. Kimyasal arıtmada kimyasal maddeler kullanılarak yüksek pH değerinde fosfor, fosfat tuzları halinde çöktürülür. Biyolojik metotlarla fosfor arıtımı, biyolojik arıtma sırasında fosfatın mikroorganizmalarca alınması ile sağlanır.
• Filtrasyon: Biyolojik ve kimyasal arıtma işlemlerinde yeterince giderilemeyen askıda katı maddelerin ve kollidlerin tutulması amacıyla uygulanır.
• Adsorbsiyon: Suda çözünmüş maddelerin elverişli bir ara yüzeyde toplanması işlemidir.
• İyon Değiştirme: Endüstriyel atık su arıtımında kullanılan atık su bünyesinde istenmeyen anyon ve katyonların uygun bir anyon ve katyon tipi iyon değiştirici kolonda tutulması işlemidir.
• Ters Osmoz:Atıksuyun yeniden kullanılabilmesini sağlamak amacıyla, genellikle endüstriyel atık su arıtımında kullanılan çözünmüş anorganik ve organik maddelerin sudan uzaklaştırılması yada geri kazanılması amacıyla yüksek basınç uygulanan bir sistemdir.
• Ultrafiltrasyon:Yarı geçirgen membranların kullanıldığı ters osmoz işlemine benzeyen basınçlı membran filtrasyon metodudur. Bu yöntemde yağ/su emülsiyonu içerisinde disperse olan yağ damlacıkları ince bir membran yardımı ile filtre edilerek su fazından ayrılır. Ultrafiltrasyondan önce arıtılması düşünülen emülsiyonun bir ön arıtma işlemine tutulmasında fayda vardır. Bu işlem emülsiyon kırma maddeleri ile gerçekleştirilir ve yağ su fazı ayrılır.