Nuotekų valymo tikslas yra perdirbti žmonių ir pramonės atliekas, kad jos nebūtų pavojingos žmonėms ar aplinkai. Valymo įrenginiai naudoja fizikinius, cheminius ir biologinius procesus, kad pašalintų kietąsias medžiagas ir ištirpusius teršalus. Nuotekų valymas yra suskirstytas į etapus, paprastai vadinamas išankstiniu, pirminiu, antriniu, išplėstiniu ir dezinfekcijos valymu. Apdorojimo etapai pašalina šiurkštesnes kietąsias medžiagas ankstyviausiose stadijose, o pastaraisiais etapais siekiama pašalinti specifinius ištirpusių medžiagų teršalus.
Preliminarus ir pirminis gydymas
Per pirmuosius gydymo etapus kietosios medžiagos pašalinamos atrankos, sedimentacijos ir nugriebimo būdu. Preliminarus etapas pašalina šiurkščias kietąsias medžiagas, paprastai atliekant atranką. Šiame etape taip pat bandoma pašalinti kruopas. Preliminariame etape nuotekų srautas ir greitis yra palaikomi dideli, kad būtų išvengta kietųjų dalelių nusėdimo. Po pirminio etapo atliekos patenka į pirminę stadiją. Pirminės stadijos metu srautas sumažinamas, kad būtų skatinamas nuosėdų susidarymas. Nusistovėjusios kietosios medžiagos yra nugraibomos iš apačios, o plūduriuojanti medžiaga nugriebiama. Šiame etape pašalinamas didelis kiekis aliejaus, riebalų ir muilo.
Antrinis gydymas
Antriniame apdorojime paprastai naudojami aerobiniai biologiniai procesai, siekiant suskaidyti likusias organines medžiagas, įskaitant žmogaus atliekas, maistą, aliejų ir muilą. Bakterijos ir kiti mikroorganizmai metabolizuoja organines medžiagas atliekose. Dalį likusių kietųjų medžiagų apdoroja mikroorganizmai, kad susidarytų koaguliuotos masės, kurias galima lengviau pašalinti. Vėliau mikroorganizmai turi būti pašalinti iš nuotekų, paprastai nusodinant arba filtruojant. Nors antrinio apdorojimo metu dauguma kietųjų dalelių pašalinama, kai kurių ištirpusių maistinių medžiagų, tokių kaip azotas ir fosforas, gali likti.
Pažangus gydymas
Norint pašalinti kietąsias medžiagas, kurios lieka po standartinio antrinio apdorojimo, reikia pažangesnio gydymo. Pažangus gydymas gali būti bet koks trumpų etapų skaičius po antrinio gydymo arba gali būti įtrauktas į ankstesnius etapus. Fosforui ir sunkiesiems metalams pašalinti naudojami cheminiai procesai. Azotui pašalinti paprastai naudojami biologiniai procesai. Norint pašalinti nuotekas iš specifinių pramoninių ar žemės ūkio chemikalų, gali prireikti papildomų veiksmų. Pažangus gydymas taip pat gali apimti filtravimo etapą, kad būtų pašalintos likusios kietosios medžiagos.
Dezinfekcija
Dezinfekuoti būtina norint pašalinti iš nuotekų mikroorganizmus, kurie galėtų patekti atgal į aplinką. Dezinfekuojant galima naudoti chlorą, ozoną, ultravioletinius spindulius ar kitas chemines dezinfekavimo priemones. Nors chlorinimas yra labiausiai paplitęs dezinfekavimo metodas, susidarančiose nuotekose yra chloro likučių, kurie, išsiskyrę, gali pakenkti ekosistemoms. Dėl ozono ir ultravioletinių spindulių susidaro švaresnės nuotekos, jos vis dažniau naudojamos nuotekų valymui.