Kemijska obrada otpadnih voda zamršen je industrijski proces koji se koristi za uklanjanje štetnih tvari i bakterija iz sirove kanalizacije i kišnice. Postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda filtriraju korištenu, prljavu vodu tako da se može reciklirati natrag u prirodne i umjetne izvore vode. Brojne kemikalije koriste se u različitim fazama procesa filtracije za odvajanje krutih tvari, ubijanje bakterija i parazita te uklanjanje opasnih toksina. Kemijski spojevi željeznog klorida, stipse, ozona, klora i vapna pomažu u pročišćavanju čak i najzagađenijih koncentracija otpadnih voda. Nakon što se otpadna voda filtrira, dezinficira i neutralizira, više ne predstavlja prijetnju okolišu i smatra se sigurnom za javnu upotrebu i potrošnju.
Postrojenje za pročišćavanje obično kontrolira različite fizikalne procese filtracije prije primjene kemijske obrade otpadnih voda. Velike centrifuge odvajaju većinu mulja i ulja iz kanalizacije okretanjem spremnika, a niz sita eliminira većinu preostalih krutih tvari. Nakon ovih fizikalnih procesa dodaju se kemikalije za koagulaciju malih čestica i njihovo dovođenje na površinu spremnika. Željezov klorid i stipsa popularni su agensi za zgrušavanje koji se kombiniraju s otrovnim česticama i tvore novi, netopivi mulj. Materijal stvara film na vrhu spremnika, koji se može sastrugati pomoću specijaliziranog mehaničkog alata za sakupljanje.
Nakon što se uklone sve vidljive krutine, koriste se dodatni procesi kemijske obrade otpadnih voda za dezinfekciju spremnika za vodu oksidacijom. Ovlašteni operateri postrojenja dodaju otopine klora ili ozona kako bi ubili štetne bakterije, gljivice i parazite. Klor i ozon djeluju stvarajući okoliš bogat kisikom koji sprječava razmnožavanje, razvoj i kolonizaciju mikroorganizama. Ovisno o veličini spremnika i broju prisutnih bakterija i parazita, proces kemijske obrade otpadnih voda može trajati od nekoliko sati do cijelog tjedna.
Posljednja važna tehnika kemijskog pročišćavanja otpadnih voda uključuje neutralizaciju kiselog sadržaja vode. Čista voda smatra se neutralnom na pH ljestvici, s mjerom sedam. Kisela otpadna voda obično ima pH vrijednost nižu od sedam i mora se učiniti bazičnijom putem kemijskih procesa. U kisele spremnike dodaju se vrlo specifične količine bazičnih kemikalija kako bi se neutralizirao sadržaj. Limeta je najčešće korištena baza, jer stručnjacima je lako izmjeriti koliko dodati. Stručnjaci za kontrolu kvalitete testiraju konačnu pH vrijednost tretiranih spremnika kako bi bili sigurni da su neutralni prije ispuštanja vode natrag u javne izvore vode.