Kemična obdelava odpadne vode je zapleten industrijski postopek, ki se uporablja za odstranjevanje škodljivih snovi in bakterij iz surovih odplak in deževnice. Objekti za čiščenje odpadne vode filtrirajo uporabljeno, umazano vodo, tako da jo je mogoče reciklirati nazaj v naravne in umetne vodne vire. Številne kemikalije se uporabljajo v različnih fazah procesa filtracije za ločevanje trdnih snovi, uničenje bakterij in parazitov ter odstranjevanje nevarnih toksinov. Kemične spojine železovega klorida, galuna, ozona, klora in apna pomagajo pri čiščenju tudi najbolj onesnaženih koncentracij odplak. Po filtriranju, dezinfekciji in nevtralizaciji odpadne vode ne predstavljajo več nevarnosti za okolje in se štejejo za varne za javno uporabo in porabo.
Čistilna naprava običajno nadzoruje različne fizikalne procese filtracije, preden uporabi kemično čiščenje odpadne vode. Velike centrifuge ločijo večino blata in olj iz odplak z vrtenjem rezervoarja, vrsta sit pa odstrani večino preostalih trdnih snovi. Po teh fizikalnih procesih se dodajo kemikalije za koagulacijo majhnih delcev in jih pripeljejo na površino rezervoarja. Železov klorid in galun sta priljubljena koagulacijska sredstva, ki se združita s strupenimi delci in tvorita novo, netopno blato. Material ustvari film na vrhu rezervoarja, ki ga je mogoče postrgati s specializiranim mehanskim orodjem za zbiranje.
Ko so vse opazne trdne snovi odstranjene, se uporabijo dodatni postopki kemičnega čiščenja odpadne vode za dezinfekcijo rezervoarja za vodo z oksidacijo. Pooblaščeni upravljavci obratov dodajajo raztopine klora ali ozona za uničenje škodljivih bakterij, gliv in parazitov. Klor in ozon delujeta tako, da ustvarjata okolje, bogato s kisikom, ki preprečuje razmnoževanje, razvoj in kolonizacijo mikroorganizmov. Odvisno od velikosti rezervoarja ter števila prisotnih bakterij in parazitov lahko postopek kemičnega čiščenja odpadne vode traja od nekaj ur do celega tedna.
Zadnja pomembna tehnika kemičnega čiščenja odpadne vode vključuje nevtralizacijo vsebnosti kisline v vodi. Čista voda se šteje za nevtralno na lestvici pH z mero sedem. Kisla odpadna voda ima običajno pH vrednost nižjo od sedem in jo je treba s kemičnimi procesi narediti bolj bazično. V kisle rezervoarje se dodajo zelo specifične količine bazičnih kemikalij, da se nevtralizira vsebina. Najpogosteje uporabljena osnova je apno, saj strokovnjaki zlahka izmerijo, koliko dodati. Strokovnjaki za nadzor kakovosti testirajo končni pH obdelanih rezervoarjev, da se prepričajo, da so nevtralni, preden vodo spustijo nazaj v javne vodne vire.