私たち人間は、毎日およそ2リットルの水を食べ物や飲み物から摂取し、同量の水分をし尿や呼吸などによって排出しています。それと同じように都市も、毎日使用する水を生活用水として取り入れ、使用後不要になった水を捨てています。捨てているすべての水を下水といいますが、このうち汚水は、私たちの活動に伴って排水される水であり、住宅・事務所ビル・学校などから排出される生活排水と、工場などから排出される事業所排水に大別されます。

清潔で快適な都市環境を作り、自然の水環境を保全するために、汚水を衛生的に処理して自然に戻すことがとても重要です。

これら汚水が、自然の作用によってもとのきれいな水に戻る程度の汚れならば問題になりませんが、人口増加、生産活動の発展、などによって、私たちが使う水の量も飛躍的に増大し、並行して自然の自浄作用の能力を超える汚水を排出するようになりました。そのような水質汚濁を大きく分けると次の5つに分けられます。

食べ物や動物の死骸などの有機物は、水中の微生物などによって分解されますが、その量が自然の浄化能力を超えて流入すると、分解しきれない有機物はヘドロとなって堆積していきます。微生物は有機物を分解するとき酸素を消費します。分解できないほど大量の有機物が流れ込むと微生物によって大量の酸素も消費され、水中が無酸素状態になり、魚などの水中生物が住めなくなってしまいます。

食べ物や動物の死骸などの有機物は、水中の微生物などによって分解されますが、その量が自然の浄化能力を超えて流入すると、分解しきれない有機物はヘドロとなって堆積していきます。微生物は有機物を分解するとき酸素を消費します。分解できないほど大量の有機物が流れ込むと微生物によって大量の酸素も消費され、水中が無酸素状態になり、魚などの水中生物が住めなくなってしまいます。

もともと「富栄養化」というのは、生まれたばかりの湖に、だんだんに窒素・リン等が増えていき、植物が繁殖し、湖が沼そして湿原になり、やがて消滅していく、という自然現象（尾瀬沼が有名です）なのですが、近年問題になっている「富栄養化」は、その原因が生活廃水や工業排水、農業廃水などの人為的なものであり、かつ急速に進んでいる点が問題とされています。

富栄養化がおきると、植物性プランクトンの異常発生が問題となるだけでなく、一部の植物性プランクトンが新陳代謝によって産出する異臭味（かび臭）物質や毒性物質も問題になります。特にいわゆる｢アオコ｣を形成するラン藻類が生産する毒性物質「ミクロキスチン」は、通常の浄水工程では基本的に除去できない物質であるため、近年水の安全性に対する警鐘が鳴らされています。

昭和40年代に起きた有機水銀による水俣病やカドミウムによるイタイイタイ病など悲惨な公害病が発生したことを契機となって、重金属による人の健康への重大な影響の防止のための環境基準が設定されました。また、化学物質の中でも人工的に合成された化学物質は、もともと環境中に存在しなかったため、自然界の力によって分解困難なだけでなく、それらが濃縮的に環境中に蓄積していることが問題となっています。

これまで、赤痢菌やコレラ菌等の病原微生物や大腸菌等の動物の排泄物に含まれる腸内細菌を無害化させるために、塩素消毒を行ってきました。しかし、近年では病原性微生物のなかには塩素による殺菌力が及ばない微生物も出現しています。近年の水質事故で有名な病原性大腸菌「O157」はその強い感染力で人びとを恐怖に陥れました。