วิธีบำบัดทางกายภาพเกี่ยวข้องกับการแยกและนำสารแขวนลอยที่ไม่ละลายน้ำกลับมาใช้ใหม่ (รวมถึงฟิล์มน้ำมันและหยดน้ำมัน) ออกจากน้ำเสียผ่านกระบวนการทางกายภาพ วิธีการเหล่านี้สามารถแบ่งได้เป็นการแยกด้วยแรงโน้มถ่วง การแยกแบบแรงเหวี่ยง และการกรอง การแยกด้วยแรงโน้มถ่วงรวมถึงการตกตะกอนและการลอยตัว (การลอยตัวของอากาศ) โดยใช้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ห้องกรวด ถังตกตะกอน เครื่องแยกน้ำมัน ถังลอยอากาศ และอุปกรณ์เสริมต่างๆ การแยกแบบแรงเหวี่ยงในตัวมันเองเป็นหน่วยบำบัด โดยใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงและไฮโดรไซโคลน การกรองรวมถึงการกักหน้าจอและการกรอง แบบแรกใช้ตะแกรงและตะแกรง ในขณะที่แบบหลังใช้ตัวกรองทรายและเครื่องกรองขนาดเล็ก วิธีการบำบัดตามหลักการแลกเปลี่ยนความร้อนยังอยู่ภายใต้การบำบัดทางกายภาพด้วย โดยมีหน่วยต่างๆ รวมถึงการระเหยและการตกผลึก
วิธีหนึ่งในการกำจัดอินทรียวัตถุออกจากน้ำเสียคือการดูดซับถ่านกัมมันต์ การบำบัดด้วยถ่านกัมมันต์สามารถใช้ร่วมกับกระบวนการตะกอนเร่งได้ โดยใช้ถ่านกัมมันต์แบบผง ถ่านกัมมันต์แบบผงจะดูดซับสารที่เป็นพิษต่อจุลินทรีย์และจะถูกรวบรวมพร้อมกับตะกอนในที่สุด ความเสี่ยงที่สำคัญที่สุดของถ่านกัมมันต์ในการบำบัดน้ำเสียคือศักยภาพที่ถ่านกัมมันต์ที่ย่อยสลายจะยังคงอยู่ในน้ำอย่างไม่มีกำหนด
วิธีบำบัดทางเคมี: วิธีการเหล่านี้จะแยกและกำจัดสารมลพิษที่ละลายหรือคอลลอยด์ออกจากน้ำเสีย หรือแปลงให้เป็นสารที่ไม่เป็นอันตราย โดยผ่านปฏิกิริยาทางเคมีและการถ่ายโอนมวล หน่วยบำบัดสารเคมีขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมี ได้แก่ การแข็งตัว การทำให้เป็นกลาง และการลดการเกิดออกซิเดชัน- ในขณะที่หน่วยที่มีพื้นฐานอยู่บนการถ่ายโอนมวล ได้แก่ การสกัด การปอก การปอก การดูดซับ การแลกเปลี่ยนไอออน อิเล็กโตรไดอะไลซิส และการรีเวิร์สออสโมซิส สองอย่างหลังนี้เรียกรวมกันว่าเทคโนโลยีการแยกเมมเบรน หน่วยที่ใช้การถ่ายโอนมวลเกี่ยวข้องกับทั้งกระบวนการทางเคมีและกระบวนการทางกายภาพที่เกี่ยวข้อง จึงสามารถแยกออกจากวิธีบำบัดทางเคมี และจัดเป็นวิธีเคมีกายภาพได้
วิธีบำบัดทางชีวภาพ: วิธีการเหล่านี้ใช้กระบวนการเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์เพื่อเปลี่ยนมลพิษอินทรีย์ในสารละลาย คอลลอยด์ และสถานะแขวนลอยอย่างละเอียดในน้ำเสียให้เป็นสารที่เสถียรและไม่เป็นอันตราย วิธีบำบัดทางชีวภาพสามารถแบ่งเพิ่มเติมได้เป็นการบำบัดทางชีวภาพแบบแอโรบิกและการบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้อง การบำบัดทางชีวภาพแบบแอโรบิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดทางชีวภาพของน้ำเสีย ซึ่งโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นกระบวนการตะกอนเร่งและไบโอฟิล์ม กระบวนการตะกอนเร่งนั้นเป็นหน่วยบำบัดที่มีโหมดการทำงานที่หลากหลาย กระบวนการไบโอฟิล์มประกอบด้วยตัวกรองทางชีวภาพ คอนแทคเตอร์ทางชีวภาพแบบหมุน ถังออกซิเดชันที่สัมผัสทางชีวภาพ และฟลูอิไดซ์เบดทางชีวภาพ บ่อออกซิเดชันทางชีวภาพเรียกอีกอย่างว่าการบำบัดทางชีวภาพตามธรรมชาติ การบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือที่เรียกว่าการบำบัดด้วยการลดลงทางชีวภาพ ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อบำบัดน้ำเสียอินทรีย์และตะกอนที่มีความเข้มข้นสูง- อุปกรณ์หลักที่ใช้คือเครื่องย่อย
ออกซิเดชันของไบโอคอนแทคจะบำบัดน้ำเสียโดยการเติมวัสดุบรรจุภัณฑ์ลงในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ น้ำเสียที่ได้รับออกซิเจนจะจุ่มวัสดุบรรจุภัณฑ์ให้จมอยู่ใต้น้ำอย่างสมบูรณ์และไหลผ่านด้วยอัตราการไหลที่แน่นอน แผ่นชีวะก่อตัวบนวัสดุบรรจุภัณฑ์ ซึ่งช่วยให้สามารถสัมผัสกันอย่างกว้างขวางระหว่างน้ำเสียและแผ่นชีวะ โดยกระบวนการเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์บนแผ่นชีวะ มลพิษอินทรีย์จะถูกกำจัดออก และน้ำเสียก็จะถูกทำให้บริสุทธิ์ ในที่สุด น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดจะถูกปล่อยเข้าสู่ระบบบำบัดออกซิเดชันแบบสัมผัสทางชีวภาพ และผสมกับน้ำเสียในครัวเรือนเพื่อการบำบัดเพิ่มเติม รวมถึงคลอรีน ก่อนที่จะปล่อยทิ้งตามมาตรฐาน ออกซิเดชันจากการสัมผัสทางชีวภาพเป็นกระบวนการไบโอฟิล์มที่อยู่ตรงกลางระหว่างตะกอนเร่งและตัวกรองชีวภาพ คุณสมบัติหลักคือการใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ภายในถัง โดยมีการเติมอากาศจากด้านล่างเพื่อให้ออกซิเจนแก่น้ำเสียและรักษาระดับการไหลของน้ำ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสัมผัสกันอย่างละเอียดระหว่างน้ำเสียและวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่จมอยู่ใต้น้ำ หลีกเลี่ยงปัญหาการสัมผัสที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งมักพบในถังออกซิเดชันของการสัมผัสทางชีวภาพ อุปกรณ์เติมอากาศนี้เรียกว่าการเติมอากาศแบบเป่าลม
การบำบัดเซลล์เชื้อเพลิงของจุลินทรีย์ใช้จุลินทรีย์ที่เพาะเลี้ยงภายในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อย่อยสลายสารพิษ สารอินทรีย์ และสิ่งสกปรก เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ทั่วไปสามารถแบ่งได้เป็นประเภท-ห้องเดี่ยวและห้องคู่-
