Zur Reinigung der Abwässer und der einhergehenden Entfernung unerwünschter Bestandteile im Wasser werden in modernen Kläranlagen mechanische (auch physikalische genannt), biologische und chemische Verfahren eingesetzt.
Das mechanische Verfahren bildet dabei zumeist die erste Reinigungsstufe, welche durch Rechen, Sandfang und Absetz- oder Vorklärbecken grobe Bestandteile, Sand und absetzbare Stoffe entfernt.
Biologische Verfahren werden sowohl in der zweiten Reinigungsstufe kommunaler Kläranlagen als auch für den Abbau organisch hoch belasteter Abwässer in der anaeroben (chemische Reaktionen, die unter Ausschluss von Sauerstoff ablaufen) Abwasserreinigung eingesetzt. Durch mikrobiologische Abbauvorgänge sollen organische Abwasserbestandteile möglichst vollständig mineralisiert werden. Diese Mikroorganismen (Kleinstlebewesen) leben vom Abbau der organischen Stoffe, vermehren sich dabei und setzen sich als Belebtschlamm ab. Wichtig ist eine ausreichende Sauerstoffversorgung des Belebtschlammes durch Einblasen von Luft. Die Reinigungswirkung beträgt in der Regel 90-95 %.
Die Entfernung der restlichen 5 bis 10 Prozent übernimmt die dritte Stufe, das chemische Verfahren, welches sich chemischer Reaktionen wie Oxidation und Fällung bedient, um vor allem für die Entfernung von Phosphor- und Stickstoffverbindungen zu sorgen.
