Anaerobni tretman otpadnih voda koristi biološke agense u okruženju bez kisika za uklanjanje nečistoća iz otpadne vode. Nakon takvog tretmana, voda se može sigurno pustiti natrag u okoliš. Biološki agensi koji se koriste u procesu su mikroorganizmi koji troše ili razgrađuju biorazgradive materijale u mulju ili krutom dijelu otpadne vode nakon njezinog filtriranja iz onečišćene vode.
Anaerobni tretman otpadnih voda poznat je i kao anaerobna digestija zbog djelovanja mikroorganizama. To jest, oni u biti “probavljaju” onečišćene dijelove vode. Izvrstan način za smanjenje količine organske tvari koja ostaje u stvarima kao što su kanalizacija i ostaci hrane, anaerobna probava je obično sastavni dio svakog biološkog sustava za pročišćavanje otpadnih voda.
Obično se anaerobni proces odvija u zatvorenim spremnicima, koji se nalaze iznad ili ispod zemlje. U početnim fazama razgradnje mulja mikroorganizmi, koji su većinom bakterije, pretvaraju otpad u organske kiseline, amonijak, vodik i ugljični dioksid. U završnim fazama anaerobne obrade otpadnih voda, ostatke mulja jednostanični mikroorganizam poznat kao metanogen pretvara u bioplin koji se sastoji od metana i ugljičnog dioksida.
Dodatna prednost anaerobnog pročišćavanja otpadnih voda je smanjenje emisije plinova. Bioplin koji nastaje anaerobnim tretmanom otpadnih voda može se zapravo iskoristiti i koristiti kao alternativni izvor energije za kuhanje, rasvjetu, grijanje i gorivo za motore. Drugim riječima, hvatanjem i korištenjem metana i ugljičnog dioksida koji nastaju anaerobnom digestijom, bioplin se ne ispušta u atmosferu.
Mnogi u znanstvenoj zajednici vjeruju da visoke koncentracije metana i ugljičnog dioksida, također poznatih kao staklenički plinovi, u Zemljinoj atmosferi doprinose procesu globalnog zatopljenja. Ova teorija, poznata kao efekt staklenika, pretpostavlja da ovi plinovi zadržavaju sunčevu toplinu u atmosferi, čime se povećava globalna temperatura. Dok je teorija dovela do nekih kontroverzi, korištenje bioplina kao alternative fosilnim gorivima ima neke praktične primjene.
U zemljama u razvoju dostupni su programi financirani od strane vlade koji pomažu u opskrbi kućanstava i farmi bioplinom proizvedenim anaerobnom digestijom na licu mjesta. Ujedinjeni narodi također nude financiranje programa anaerobne digestije u zemljama u razvoju, pod uvjetom da su dostupni dokazi o smanjenoj emisiji plinova.
U Sjedinjenim Državama, anaerobno pročišćavanje otpadnih voda obično je dio komunalnog postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda. Ipak, anaerobnu digestiju koriste i obiteljske kuće u područjima koja nisu povezana s komunalnim sustavom i poduzeća s postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda na licu mjesta.