معالجة مياه الصرف الصحي، هي عملية إزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي، والتي تحتوي بشكل رئيسي على مياه الصرف الصحي المنزلي بالإضافة إلى القليل من مياه الصرف الصناعي، وتُستخدم العمليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لإزالة الملوثات وإنتاج مياه الصرف المعالجة {أو النفايات السائلة المعالجة} التي تكون آمنة بدرجة كافية لإطلاقها في البيئة، والمنتج الثانوي لمعالجة مياه الصرف الصحي هو نفايات شبه صلبة أو ملاط، يُسمى حمأة مياه الصرف الصحي، ويجب أن تخضع الحمأة لمزيد من المعالجة قبل أن تكون مناسبة للتخلص منها أو إطلاقها في الأرض، ويُمكن أن يُشار إلى معالجة مياه الصرف الصحي أيضاً باسم معالجة المياه العادمة، ومع ذلك فإن هذا الأخير هو مصطلح أوسع يمكن أن يشير أيضاً إلى مياه الصرف الصناعي.بالنسبة لمعظم المدن سيحمل نظام الصرف الصحي أيضاً نسبة من المخلفات الصناعية السائلة إلى محطة معالجة المياه العادمة، والتي عادةً ما تتلقى معالجة مسبقة في المصانع نفسها لتقليل حمل الملوثات، إذا كان نظام الصرف الصحي عبارة عن شبكة صرف صحي مشتركة، فسيحمل أيضاً مياهاً جارية من المناطق الحضرية {مياه الأمطار} إلى محطة معالجة المياه العادمة. يمكن لمياه الصرف الصحي أن تنتقل إلى محطات المعالجة عبر الأنابيب بالإسالة أو باستخدام المضخات، حيث يشتمل الجزء الأول من تنقية مياه الصرف الصحي عادةً على حاجز قضباني لتصفية المواد الصلبة والأشياء الكبيرة، والتي تُجمع بعد ذلك في مكبات النفايات ويُتخلص منها في مدافن النفايات, وتُزال الدهون والشحوم أيضاً قبل المعالجة الأولية لمياه الصرف الصحي.