在自然界中，存在大量依靠有機物生存的微生物，它們具有氧化分解有機物的巨大能力。生物法處理廢水就是利用微生物的代謝作用，使廢水中的有機汙染物氧化降解成無害物質的方法。
二級處理中采用的化學法主要是化學絮凝法（或稱混凝法）。廢水中的某些汙染物常以細小懸浮顆粒或膠體顆粒的形式存在，很難用自然沉降法除去。向廢水中投加凝聚劑（混凝劑），使細小懸浮顆粒的膠體顆粒聚集成較粗大的顆粒而沉澱，與水分離。常用的凝聚劑有硫酸鋁（Al2（SO4）3），明礬（硫酸鋁鉀），硫酸亞鐵（FeSO4），硫酸鐵（Fe2（SO4）3）），三氯化鐵（FeCl3）等無機凝聚劑和多種有機聚合物（高分子）凝聚劑。
經過二級處理後的水一般可達到農灌標準和廢水排放標準。但水中還存留一定量的懸浮物、生物不能分解的有機物、溶解性無機物和氮、磷等藻類增殖營養物，並含有病毒和細菌，因而還不能滿足較高要求的排放標準，也不能直接用作自來水，要作為某些工業用水和地下水的補給水，則需要繼續對水進行三級處理。
三級處理可采用化學法（化學沉澱法、氧化還原法等）、物理化學法（吸附、離子交換、萃取、電滲析、反滲透法等），這是以除去某些特定汙染的一種“深度處理”方法。
化學法就是通過化學反應改變廢水中汙染物的化學性質或物理性質，使之發生化學或物理狀態的變化，進而將其從水中除去。例如化學沉澱法，就是利用某些化學物質作沉澱劑，與廢水中的汙染物（主要是重金屬離子）進行化學反應，生成難溶於水的物質沉澱析出，從廢水中分離出去。如可用石灰（Ca（OH）2）與廢水中Cd2+，Hg2+等重金屬離子形成難溶於水的氫氧化物沉澱：
利用沉澱反應除去廢水中汙染的重金屬離子，是水溶液中主要化學反應之一，也是沉澱－溶解平衡的應用。
一個在一定條件下能發生的化學反應體係中，隨著反應的進行，反應物濃度逐漸減少，而產物濃度逐漸增加，最終化學反應達到其進行的限度，即達到平衡。不同的化學反應達到平衡態的時間不盡相同，但作為化學平衡態，都具有共同的特征：
（1）平衡建立時反應中各物質的濃度或分壓不再隨時間而改變，且隻要外界條件不變（即溫度、壓力和濃度等都不變），無論經過多長時間，平衡時各物質的濃度或分壓應保持不變，這一特征對實際生產具有重要的指導作用；
（2）化學平衡是動態平衡，從宏觀上看，化學反應達到平衡態，各物質的濃度或分壓不再隨時間改變，反應似乎“停止”了，但從微觀上看，正逆兩方麵的反應仍繼續進行，隻是它們的反應速率相等；
（3）化學反應在一定條件下達到平衡態，可用相應的平衡常數描述反應進行的限度。
用石灰與廢水中Cd2+形成難溶物Cd（OH）2，而難溶物在溶液中總有一定的溶解度，在一定條件下，當溶解與沉澱速率相等時，便建立了固體難溶電解質與溶液中離子間的多相平衡，即：
這個平衡的特點是反應物為Cd（OH）2固體，生成物為溶液中的Cd2+和OH-，其平衡濃度分別用[Cd2+]和[OH-]表示，其平衡常數表達式為：
Ksp=[Cd2+][OH-]2
當溫度一定時，難溶電解質的飽和溶液中，其離子濃度的乘積為一常數，這個常數叫做溶度積。這個溶度積是飽和溶液中各離子濃度冪的乘積，其中離子濃度與標準濃度比的指數就是溶解平衡方程式中該離子的化學計量數。對於下列難溶電解質溶解平衡通式：AmBn(s)mAn++nBm-，其溶度積表達式為：
書寫標準平衡常數表達式必須與相應的化學反應方程式寫法相符，標準平衡常數表達式中不考慮反應中出現的純固體、純液體和溶劑。平衡常數是化學反應的一個特征常數，其數值大小與各物質的分壓或濃度無關，但隨反應溫度而變，因此寫平衡常數時，一般要注明溫度，若未注明，通常是指室溫（298K）。
對難溶電解質的溶解平衡，顯然Ksp越小，其在相同溫度下溶解度越小；反之Ksp越大，其溶解度越大。下表列出某些難溶電解質的溶度積。
金屬硫化物的溶解度一般都比較小，因此用硫化鈉或硫化氫作沉澱劑能更有效地處理含重金屬離子的廢水，特別是對於經過氫氧化物沉澱法處理後，尚不能達到排放標準的含Hg2+和Cd2+的廢水，再通過反應生成極難溶於水的硫化物沉澱：
Hg2++S2-—→HgS↓
Cd2++S2-—→CdS↓
這樣自然沉降後的出水中，Hg2+含量可由起始的400mg·L-1左右降至1mg·L-1以下。
難溶電解質的平衡是一個動態平衡，改變條件可以移動平衡。在實際生產中，可利用同離子效應（在難溶電解質的飽和溶液中，加入含有共同離子的另一電解質，而使難溶電解質溶解度降低的效應），即加入過量的沉澱劑，就可使沉澱反應趨於完全。這裏說的“完全”並非溶液中就不存在欲沉澱分離的離子，一般定性分析中，溶液中該離子濃度不超過10-5mol·L-1，就可以認為已沉澱完全了。