اساس کار در تصفیه شیمیایی بر کاربرد مواد شیمیایی در تصفیه ی فاضلاب قرار دارد. در تصفیه خانه های فاضلاب مواد شیمیایی مانند کلرو فریک و انواع مختلف پلیمر ها را برای تاثیر گذاردن روی مواد خارجی نامحلول و کلوییدی و یا مواد محلول در فاضلاب بکار می برند. بجز این از مواد شیمیایی مانند کلر برای گندزدایی و کشتن میکروب های موجود در فاضلاب و نیز برای کاهش بو در تصفیه خانه ی فاضلاب استفاده می شود.
روش های تصفیه ی شیمیایی بجز موارد یاد شده کمتر در تصفیه خانه های فاضلاب شهری مورد استفاده قرار می گیرند و این روش ها بیشتر در تصفیه ی فاضلاب های صنعتی بکار می روند.
مهمترین مواردی که از مواد شیمیایی برای تاثیر رو ی مواد خارجی محلول در فاضلاب استفاده می شود عبارتند از:
الف - خنثی سازی: در صورتی که فاضلاب هنگام ورود به تصفیه خانه درجه ی اسیدی کمتر از 6.5ویا بیشتر از 8.5 داشته باشد نخست بایید آنرا خنثی نمود . فاضلاب شهری برخلاف فاضلاب صنعتی نیاز به عمل خنثی سازی ندارد؛
ب - اکسیداسیون: برای پایدار نمودن و جداسازی مواد خارجی محلول؛
پ - احیا؛
د - تعویض ین.
مهمترین روش های که باکمک موادشیمیایی برای جداسازی مواد معلق موجود در فاضلاب استفاده می شود عبارتند از:
- انعقاد یا لخته سازی: هدف از انعقاد یا لخته سازی عبارتست از انکه با کمک مواد شیمیایی، مواد معلق سبک وبویژه مواد نیمه محلول و کلوییدی شکل را به صورت لخته ها و قطعات بزرگی در آورده تا در اثر وزن خود ته نشین شوند. به عبارت دیگر انعقاد عملی است تشدیدکننده عمل ته نشینی در تصفیه مکانیکی. مهمترین مواد منعقد کننده در فاضلاب عباتند از پولیمرها و پلی الکترولیت ها، سولفات ها و هیدرات های آلومینیوم، سولفات، کلرور و هیدرات های دو و سه ظرفیتی آهن و خاک رس و آب آهک. افزودن مواد منعقد کننده به فاضلاب مقدار لجن بدست آمده در استخرهای ته نشینی را دو تا سه برابر می کند و در نتیجه حجم منبع های هضم لجن و مقدار گاز تولید شده افزایش می یابند.
- شناور سازی: بر عکس عمل لخته سازی و ته نشینی می توان برای تشدید عمل جدا سازی مواد سبک موجود در فاضلاب از مواد شیمیایی استفاده نمود. این مواد شیمیایی موجب می شوند که ذرات هوا به مواد معلق فاضلاب چسبیده، وزن مخصوص آنها را کاهش داده و موجب افزایش سرعت بالا روندگی آنها شود. دراین روش معمولا مواد معلق در فاضلاب به صورت کف در سطح استخر نمودار گردیده و جمع آوری می گردند. روش شناور سازی نیز بیشتر در فاضلاب های صنعتی بکار می رود و استفاده از این روش در فاضلاب شهری تنها ممکن است برای تغلیظ لجن بکار رود. گاهی از این روش برای بازیابی دوباره ی مواد با ارزشی که همراه پساب کارخانه ها تلف می شوند نیز استفاده می شود.
- جذب سطحی: برخی از مواد شیمیایی مانند کربن فعال به علت خاصیت جذب سطحی زیاد می توانند ذرات معلق و کلوئیدی موجود در فاضلاب را جذب کنند. استفاده از اینگونه مواد در صافی های ماسه ی به ویژه برای رنگ زدایی پساب برخی از کار خانه ها مفید است.