Notekūdeņu attīrīšanas mērķis ir pārstrādāt cilvēku un rūpniecības atkritumus, tāpēc tie nav bīstami ne cilvēkiem, ne videi. Attīrīšanas iekārtas izmanto fizikālos, ķīmiskos un bioloģiskos procesus cieto vielu un izšķīdušo piesārņotāju atdalīšanai. Notekūdeņu attīrīšana ir sadalīta posmos, kurus parasti dēvē par iepriekšēju, primāru, sekundāru, uzlabotu un dezinfekcijas apstrādi. Apstrādes posmi agrākajos posmos noņem rupjākas cietās vielas, pēdējos posmos virzoties uz specifisku izšķīdušo vielu piesārņotāju atdalīšanu.
Iepriekšēja un primāra ārstēšana
Pirmajos apstrādes posmos cietās vielas tiek noņemtas, veicot skrīningu, sedimentējot un noskalojot. Sākotnējā posmā rupjās daļiņas tiek noņemtas, parasti veicot skrīningu. Šis posms arī mēģina novērst smiltis. Sākotnējā posmā notekūdeņu plūsma un ātrums tiek turēts augsts, lai atturētu no cieto vielu nosēšanās. Pēc sākotnējā posma atkritumi nonāk primārajā posmā. Primārajā posmā plūsma tiek samazināta, lai veicinātu sedimentāciju. Nosēdušās cietās vielas tiek nokasītas no apakšas, un peldošais materiāls tiek nosmests. Šajā posmā tiek noņemts ievērojams daudzums eļļas, tauku un ziepju.
Sekundārā ārstēšana
Sekundārā apstrāde parasti izmanto aerobos bioloģiskos procesus, lai noārdītu atlikušās organiskās vielas, ieskaitot cilvēku atkritumus, pārtiku, eļļas un ziepes. Baktērijas un citi mikroorganismi metabolizē organiskos materiālus atkritumos. Daļu no atlikušajām cietajām vielām mikroorganismi apstrādā, veidojot sarecējušas masas, kuras var vieglāk noņemt. Pēc tam mikroorganismi jānoņem no notekūdeņiem, galvenokārt sedimentējot vai filtrējot. Kaut arī sekundārās apstrādes laikā lielākā daļa cietvielu tiek noņemta, dažas izšķīdušas barības vielas, piemēram, slāpeklis un fosfors, var palikt.
Uzlabota ārstēšana
Uzlabota ārstēšana ir nepieciešama, lai noņemtu cietas vielas, kas paliek pēc standarta sekundārās apstrādes. Uzlabotas ārstēšanas metodes var pastāvēt kā jebkurš īss posms pēc sekundāras ārstēšanas vai arī iekļauts agrākajos posmos. Ķīmiskos procesus izmanto fosfora un smago metālu atdalīšanai. Slāpekļa atdalīšanai parasti izmanto bioloģiskos procesus. Var būt nepieciešami papildu pasākumi, lai notekūdeņos noņemtu īpašas rūpnieciskas vai lauksaimniecības ķimikālijas. Uzlabotā apstrāde var ietvert arī filtrēšanas posmu, lai noņemtu atlikušās cietās vielas.
Dezinfekcija
Dezinfekcija ir nepieciešama, lai notekūdeņos noņemtu mikroorganismus, kurus varētu atkal izlaist vidē. Dezinfekcijas metodēs var izmantot hloru, ozonu, ultravioleto gaismu vai citus ķīmiskus dezinfekcijas līdzekļus. Neskatoties uz to, ka hlorēšana ir visizplatītākā dezinfekcijas metode, iegūtie notekūdeņi satur hlora atlikumu, kas pēc izdalīšanās var kaitēt ekosistēmām. Ozona un ultravioleto procesu rezultātā rodas tīrāki notekūdeņi, un tos aizvien vairāk izmanto notekūdeņu attīrīšanā.