人們發現，簡單的化學、物理方法以及難以處理這些污水，研究出新型的水處理技術已經急不可耐了。各國的科學家都開始著手研究水處理方法，最早是污水曝氣試驗，然后又是生物膜法。接著再是人工生物處理法，再到如今具有針對性的離子交換法，電化學法等高新技術。上世紀九十年代，隨著可持續發展的思想提出，不少國家也都開始利用系統工程的方法。把經濟發展與環境保護綜合考慮了起來，水處理也不單是處理已經成形的污水，而是從源頭開始加以控制。由于最近幾十年經濟發展迅速，人們發現傳統給水處理工藝已經難以滿足社會的用水需求，故而也就開始將生物技術應用到給水工藝當中。不僅如此，伴隨水資源危機的產生，污水再利用的工藝也是成為了人們關注的一點。
在古時候，當時的人類沒有先進的水處理技術，為了降低疾病的水傳播，他們便是采用簡單的格柵截留和自然沉降等方法進行水處理。隨后，經過多年觀察和總結。他們也是發現了用砂子可以過濾掉細微懸浮物的方法，進而出現了藥劑混凝預處理。隨著人類文明的不斷進步。人類產生的垃圾以及對環境的大肆破壞，導致了水資源受到嚴重污染，當各種傳染病通過水傳播，致使不少人染病或者死亡的時候，人們才是發現水處理是何等的重要。也正是如此，人們才逐漸開始研究水處理技術。從十九世紀末開始，工業技術得到長足發展，工業污水也是逐年翻倍產生。而且當時的工業強國的河流、湖泊也是遭到嚴重污染，逐漸成為社會公害。典型的例子有英國的泰晤士河中的魚類幾乎死亡殆盡，美國的密西西比河的生物大量死亡，日本熊本縣水俁灣被甲基汞污染，導致了附近居民出現骨痛病。
含有鐵、錳的原水（例如某些井水）需要去除鐵、錳。生活用水可以滿足一般工業用水的水質要求。但工業用水有時需要進一步的加工，如進行軟化、除鹽等。當廢水的排放或再用的水質要求較低時，只需用篩除和沉淀等方法去除粗大雜質和懸浮物（常稱一級處理），當要求去除有機物時。 一般在一級處理后采用生物處理法（常稱二級處理）和消毒對經過生物處理后的廢水，所進行的處理過程統稱三級處理或深度處理，如當廢水排入的水體需要防止富營養化所進行的去除氮，磷過程即屬于三級處理（見水的物理化學處理法）。當廢水作為水源時，成品水水質要求以及相應的加工流程隨其用途而定。理論上，現代的水處理技術，可以從任何劣質水制取任何高質量的成品水。
通過物理或化學反應后來獲得所需要的水質，對原水的加工不涉及去除雜質或添加新成分的問題。廢水處理中，去除粗大的雜質一般屬于水的預處理部分。懸浮物和膠體包括泥沙、藻類、細菌、病毒以及水中原有的和在水處理過程中所產生的不溶解物質等。溶解物有無機鹽類、有機化合物和氣體。去除水中雜質的處理方法很多，主要方法的適用范圍可以大致按雜質的粒度來劃分。由于原水所含的雜質和成品水可允許的雜質在種類和濃度上差別很大，水處理過程差別也很大。就生活用水（或城鎮公共給水）而論，取自高質量水源（井水或防護良好的給水專用水庫）的原水。只需消毒即為成品水；取自一般河流或湖泊的原水，先要去除泥沙等致濁雜質，然后消毒，污染較嚴重的原水，還需去除有機物等污染物；
水的化學特性，如其酸堿度，所溶解的固體物濃度和氧氣含量等，也是判斷水質的重要標準。如有些草原自然水中全溶固體物濃度高達1000毫克/升，而加拿大規定飲用水中全溶固體物濃度不得超過500毫克/升。許多工業用水還要求濃度不得高于200毫克/升。這種水，即便其物理性質符合要求，也不能隨便使用。另外，來自自然界、核事故和核電站等的放射性元素含量，也是必須進行監測的重要特性，在循環用水系統以及水的再生處理中，原水是廢水。成品水是用水，加工過程兼具給水處理和廢水處理的性質。水處理還包括對處理過程中所產生的廢水和污泥的處理及最終處，（見污泥處理和處置），有時還有廢氣的處理和排放問題。
水的處理方法可以概括為三種方式：
①最常用的是通過去除原水中部分或全部雜質來獲得所需要的水質；
②通過在原水中添加新的成分
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