Onder afvalwater verstaan we het in de huishouding of de nijverheid gebruikte water dat wordt geloosd, al of niet gemengd met regenwater. Zie voor milieuaspecten van afvalwaterlozing bij waterverontreiniging.

Het in de huishouding vervuilde water, zoals was- en badwater, alsmede de vaste en vloeibare menselijke uitscheidingen vormen tezamen het huishoudelijke afvalwater. De hoeveelheid huishoudelijk afvalwater is afhankelijk van de waterbeschaving. De hoeveelheid afvalwater bedraagt in onze streken per persoon per dag meestal 100 tot 150 liter.

1 Afvoer
Onder de droogweerafvoer (DWA) verstaat men de hoeveelheid afvalwater die – bij droog weer – moet worden afgevoerd. De hoeveelheid regenwater die per tijdseenheid moet worden afgevoerd, kan vele malen groter zijn dan de DWA.
Gescheiden afvoer van riool- en regenwater zou toelaten het laatste apart en ongereinigd te lozen. Omwille van hogere investeringen en grotere complexiteit wordt in Nederland en België haast uitsluitend de gemengde afvoer toegepast, zodat in het begin van een regenbui niet alleen een groot debiet, maar ook een pieklading in verontreiniging wordt aangevoerd. Dit afvalwater wordt veelal na primaire zuivering of via overstorten op oppervlaktewater geloosd.

2 Samenstelling
Het afvalwater per dag van één inwoner bevat ca. 190 g vuil, bestaande uit organische en anorganische stoffen; ruim de helft hiervan is organisch. Wanneer de dagelijkse hoeveelheid afvalwater een bepaalde hoeveelheid verontreiniging is, die gemiddeld aan één inwonerequivalent gelijk wordt gesteld en conventioneel bestaat uit: 150 l water/hoofd, dag, bevindt zich in elke liter afvalwater ca. 1,2 g vuil. Hoewel dat bijzonder weinig lijkt, spreekt men toch van geconcentreerd (huishoudelijk) afvalwater.

3 Zuivering
Bij de zuivering van dit afvalwater gaat het derhalve om de verwijdering van een, vergeleken met de hoeveelheid water, zeer geringe hoeveelheid vuil. In het ontvangende water (kanaal, rivier) waarin zij worden geloosd, kunnen zuurstofonttrekkende afvalstoffen grote schade en overlast veroorzaken, omdat ze de biologische zelfreiniging van het oppervlaktewater door micro-organismen verstoren en het in een zuurstofloos of zuurstofarm milieu omzetten. Zuivering van afvalwater is noodzakelijk, wanneer het ontvangende water door afvalwater zodanig belast wordt, dat het zelfreinigend vermogen tekortschiet (zie waterverontreiniging). Zuivering van huishoudelijk afvalwater beoogt voornamelijk de vergaande eliminatie van organische stoffen.
In een rioolwaterzuiveringsinrichting worden in bezinkinrichtingen uit het afvalwater eerst de bezinkbare stoffen verwijderd. De hoeveelheid bezinkbare stof is bij normaal huishoudelijk afvalwater per hoofd per dag ca. 60 g, waarvan B deel organisch en 2 deel anorganisch is. Door bezinking van het afvalwater wordt ca. 2 deel van de verontreinigingen uit het water verwijderd. In het rioolwater bevinden zich ook niet-bezinkbare stoffen, in totaal ca. 30 g per hoofd per dag, waarvan B deel organisch en 2 deel anorganisch is, en bovendien colloïdale en opgeloste stoffen, waarvan de helft organisch en de helft anorganisch is, in totaal ca. 100 g per hoofd per dag. Deze stoffen kunnen, zij het niet volledig, door middel van een biologisch zuiveringsproces worden geliquideerd.
Gebruikelijk is de vervuiling van het afvalwater te karakteriseren met het biochemisch zuurstofverbruik (BZV): de hoeveelheid zuurstof in mg die de micro-organismen verbruiken bij het mineraliseren van de in 1 liter afvalwater aanwezige organische stoffen, bij een temperatuur van 20 °C gedurende 5 dagen. Dikwijls gebruikt men voor de afkorting BZV ook de afkorting BOD (biological oxygen demand). Het BZV-getal van het vuil dat een inwoner per dag afstoot, wordt traditioneel gesteld op 54 g zuurstof, doch dit getal kan afhankelijk van de levensstandaard lager of hoger gesteld moeten worden. Naarmate meer organische stoffen in het afvalwater aanwezig zijn, is het zuurstofverbruik hoger. Uitgaande van 150 liter afvalwater per hoofd per dag, zal het BZV-getal 360 mg zijn. Na bezinking van afvalwater is het BZV-getal met 2 afgenomen en na vérgaande oxidatief-biologische zuivering kan het BZV-getal van het gezuiverde water (effluent) minder zijn dan 20 mg. Het is dan nog volkomen ongeschikt voor menselijke consumptie ten gevolge van de aanwezigheid van pathogene organismen.

De hoeveelheid vuil in industrieel afvalwater wordt uitgedrukt in een aantal inwonerequivalenten, waarbij onder inwonerequivalent wordt verstaan het BZV-getal van de afvalstoffen die zich in het afvalwater van één inwoner per etmaal bevinden. De hoedanigheid van industrieel afvalwater kan van industrie tot industrie verschillen.

1 Indeling
Uitgaande van de aard van de vervuiling van industrieel afvalwater kan men drie hoofdgroepen onderscheiden: a. industrieel afvalwater dat in hoofdzaak verontreinigd is door organische stoffen (bijv. van levensmiddelenindustrieën, zoals melkfabrieken, suikerfabrieken, abattoirs en brouwerijen); b. industrieel afvalwater dat in hoofdzaak verontreinigd is door anorganische stoffen (bijv. metaalverwerkende industrieën en chemische bedrijven); c. industrieel afvalwater met een gemengde samenstelling (zoals van textiel- en lederindustrieën).

2 Behandeling
Voor de behandeling van industrieel afvalwater kunnen nodig zijn: a. correctie van de pH, waardoor de toxische en corrosieve eigenschappen als gevolg van een te hoge of te lage pH van het afvalwater worden opgeheven; b. zwaartekrachtscheiding, om stoffen uit een vloeistof te verwijderen door gebruik te maken van de dichtheidsverschillen, bijv. voor de verwijdering van olie, van vlokkige stoffen (zoals aanwezig in het afvalwater van zeepfabrieken, lijm- en gelatinefabrieken en leerlooierijen) en van vezelachtige stoffen (zoals aanwezig in het afvalwater van de papierfabricage); c. coagulatie, voor de verwijdering van lichte zwevende stoffen, colloïden en een deel van de opgeloste stoffen; onder coagulatie wordt verstaan het destabiliseren van deeltjes, dwz. het wegnemen van de beletselen tot flocculatie (vlokvorming) door middel van het toevoegen van coagulatiemiddelen; de gevormde vlokken kunnen door een bezinkingsproces uit het afvalwater worden verwijderd; d. ontgiften van afvalwater van vooral galvanische en chemische bedrijven.
Na deze behandelingsmethoden kan gewoonlijk tot biologische zuivering van het afvalwater worden overgegaan. Ter beperking van de hoeveelheid industrieel afvalwater en ter vermindering van de vuillast dient men zodanige technologische processen te ontwerpen en grond- en hulpstoffen te gebruiken dat verontreiniging wordt beperkt.

De zuivering van afvalwater gebeurt normaliter in een reeks opeenvolgende processtappen, die telkens in daartoe geschikte voorwaarden een bepaalde groep onzuiverheden uit het water verwijderen. Eerst komt de primaire zuivering, waarbij door mechanische bewerkingen grove en fijnere zwevende deeltjes worden afgescheiden. In de secundaire zuivering wordt langs biochemische weg het opgeloste, colloïdale of fijn gesuspendeerde materiaal als zuiveringsslib verwijderd. Na secundaire zuivering volgen nog eventueel tertiaire behandelingen, met het doel de finale kwaliteit te verbeteren door verwijdering van overblijvende zwevende stoffen, stikstof en fosforverbindingen, organische micropolluenten of pathogene bacteriën.

1 Mechanische zuivering
Mechanische zuivering van afvalwater geschiedt met behulp van a. roosters en snijroosters (roosters, gecombineerd met snijmechanisme), waarmee de grovere onopgeloste stoffen worden verwijderd; b. zandvangers, waarin zand uit het afvalwater wordt verwijderd; c. bezinkingsinstallaties (zie bezinken), waarin ook de lichtere bezinkbare stoffen tot bezinking worden gebracht. Dit zgn. primaire slib wordt vaak aan een anaëroob gistingsproces onderworpen in speciale slibgistingstanks of in ruimten die in verbinding staan met bezinkingsinstallaties (imhofftank en clarigester).
Zandvangers worden toegepast om zand uit het afvalwater te verwijderen, en aldus schade aan mechanische installaties te vermijden. Horizontale zandvangers bestaan uit één of meer goten waardoor het rioolwater met constante snelheid gevoerd wordt om zoveel mogelijk zand en zo weinig mogelijk organisch materiaal tot bezinking te brengen. In grotere installaties worden de zandvangers uitgevoerd met continu werkende zandruimmechanismen en zandwasinrichtingen.
Bezinkingstanks dienen om zoveel mogelijk bezinkbare stoffen uit het afvalwater te verwijderen binnen een praktisch en economisch aanvaardbare tijd. De bezinkinrichtingen kan men onderscheiden in bezinkingstanks met rechthoekig of met cirkelvormig grondplan, waarbij de bezinkbare stoffen (het slib) telkens ten gevolge van de zwaartekracht naar een bepaalde ruimte van de tanks gevoerd worden (slibput). De beweging van het slib wordt veelal versneld met behulp van draaiende of schuivende apparaten.
Het tegenovergestelde van bezinking vindt plaats in olie- en vetafscheiders. Het opdrijven van stoffen die lichter dan rioolwater zijn, kan bevorderd worden door het inblazen van zeer fijn verdeelde lucht- of gasbelletjes. Een efficiënt systeem maakt gebruik van gezuiverd water, dat vooraf bij verhoogde druk (5 bar) met lucht wordt verzadigd. Ontspanning van dit water na menging met afvalwater levert talrijke fijnblazige bellen (drukluchtflotatie).

2 Biologische zuiveringsmethoden
Deze hebben tot doel de verwijdering van niet-bezinkbare stoffen en opgeloste en half opgeloste stoffen. Men kan onderscheiden: a. zuivering met behulp van oxidatiebedden of continufilters; b. zuivering met behulp van actief slib.
Oxidatiebedden, percolatie- of continufilters bestaan uit tot een hoogte van 2 tot 3 m opgestapelde steenbrokken (gewoonlijk lava) met afmetingen van 4 tot 8 cm. Het bezonken afvalwater wordt over de oppervlakte van het oxidatiebed verspreid en achteraf onder uit het bed opgevangen en afgevoerd. De verspreiding van het water over het oppervlak geschiedt gelijkmatig door middel van draaisproeiers. Op het filtermateriaal zet zich een slijmlaagje af, dat bestaat uit humusachtige stoffen, bacteriën en protozoën. Door deze biologische huid worden de verontreinigingen in het afvalwater geadsorbeerd. De wanden van een oxidatiebed moeten gesloten zijn, zodat een verticaal luchttransport optreedt, veroorzaakt door het verschil in temperatuur in en buiten het bed. Hierdoor wordt voldoende zuurstof, nodig voor de zuivering, aangevoerd. In een modernere uitvoering wordt de stapeling poreuze steen vervangen door stapelbare pakketten, samengesteld uit geprofileerde kunststofplaten, met een typische eenheidsgrootte van 0,6 × 0,6 × 1,2 m.
Actief-slibinstallaties bestaan enerzijds uit beluchtingstanks, waarin actief of levend slib in contact wordt gebracht met het bezonken rioolwater. Daarbij wordt het mengsel van slib en water intensief belucht en gemengd. Anderzijds moeten na de biologische zuivering het slib en het water weer van elkaar gescheiden worden. In bezinkingsinstallaties wordt het bezonken slib continu naar de actief-slibinstallatie teruggevoerd (retourslib). Aangezien de hoeveelheid slib toeneemt, moet periodiek een deel ervan verwijderd worden (surplus- of spuislib). In actief-slibinstallaties kan het rioolwater, in tegenstelling met oxidatiebedden, zowel 's zomers als 's winters tot een hogere graad gezuiverd worden. Een eenvoudige vorm van een actief-slibinstallatie is de oxidatiesloot, waarin het afvalwater vergaand wordt gezuiverd. Dit vergt evenwel een lange verblijfstijd. Een ontwikkeling uit de oxidatiesloot is de carrousel, waarin zeer grote hoeveelheden afvalwater kunnen worden gezuiverd door beluchting met horizontale rotoren met borstels. Het surplus-slib is zodanig gemineraliseerd dat het niet meer aan een gistingsproces onderworpen behoeft te worden.
Tal van beluchtingssystemen zijn in de loop der jaren ontwikkeld om lucht in het mengsel van actief slib en water te brengen. Men kan onderscheiden: a. beluchting door middel van het inblazen van lucht; b. beluchting aan de vloeistofoppervlakte, waarvoor onder meer kunnen worden toegepast horizontale rotoren met borstels, turbines of puntbeluchters met verticale as.
Gistingstanks dienen om het surplus-slib aan een anaëroob gistingsproces te onderwerpen. Het ruwe slib kan moeilijk worden gedroogd, is infectueus en verspreidt veel stank. Voor kleine installaties kan men een imhofftank of clarigester toepassen, waarin bezinking van slib en slibgisting plaatsvinden in afzonderlijke ruimten. Bij de gisting ontstaat gas, bestaande uit 60–80% methaan en voor de rest uit koolzuurgas, alsmede slib met een lager gehalte aan organische stof. De gistingstijd is gewoonlijk 15–25 dagen bij een temperatuur van 28–33 °C. Het rioolgas heeft een verbrandingswaarde van ca. 25 megajoule per m3, de dagelijkse hoeveelheid is 20 à 40 l per inwoner. Het gas kan onder meer worden gebruikt voor het handhaven van de gewenste temperatuur in de gistingsruimten en voor het opwekken van elektrische energie.
Ruw slib wordt meer en meer mechanisch verwerkt. Door chemicaliën of thermische behandeling wordt de filtreerbaarheid verbeterd. Met centrifuges, vacuümfilters, persfilters en perszeven kan het watergehalte worden verminderd. Vervolgens kan het slib worden gedroogd of verbrand.
Tal van chemische stoffen, waaronder cyaniden, metaalzouten (in het bijzonder koper- en zinkverbindingen), chromaten, fenolen, olie en detergenten kunnen de biologische zuiveringsprocessen verstoren of nadelig beïnvloeden.
In dit artikel zijn de meest gebruikelijke (conventionele) zuiveringsmethoden beschreven. Het kan noodzakelijk zijn het afvalwater aan een verdere zuivering te onderwerpen, zoals reductie van stikstof en fosfor ter voorkoming van eutrofiëring van het oppervlaktewater. Door desinfectie (bijv. chlorering) kan men de hygiënische kwaliteit van het effluent verbeteren. Processen die een verdere zuivering van het afvalwater beogen, vat men samen onder tertiaire behandeling van afvalwater.