I trattamenti chimico-fisici servono ad eliminare le sostanze inquinanti non biodegradabili disciolte nell'acqua, oppure a ridurre il carico organico prima che lo scarico venga avviato alla depurazione biologica, o, ancora, ad eliminare dall'acqua che deve essere scaricata le eccessive quantità di fosfati o sostanze azotate.
I trattamenti chimico-fisici sono spesso utilizzati nelle industrie per il trattamento parziale delle acque già usate in modo da consentirne nuovamente l'impiego in fabbrica prima del loro rilascio.
Questo processo, è stato sviluppato fin dal 1962 da un ingegnere il quale coniò il termine epicresi per indicare una sua teoria che prevede il riutilizzo delle acque già usate in un reparto di un'industria per lo stesso scopo alla quale sono state inizialmente destinate o per altri utilizzi nell'azienda stessa; questi riutilizzi prevedono un trattamento solo parziale limitando gli interventi alla rimozione dei soli inquinanti che potrebbero causare inconvenienti per il nuovo impiego.
Questo tipo di gestione delle acque si rivela un notevole vantaggio per le industrie in quanto è la direzione tecnica dell'azienda a giudicare la qualità dell'acqua, limitando gli interventi all'eliminazione delle sole cause che potrebbero danneggiare le attrezzature e la produzione dell'impianto.
Oltre al risparmio nelle operazioni di depurazione, sono notevoli anche i risparmi nell'acquisto di acqua esterna.
Ovviamente un'azienda che applica l'epicresi deve sempre depurare i quantitativi di acqua che scarica all'esterno rendendoli conformi ai limiti di legge.

ADSORBIMENTO SU CARBONE
Si definisce adsorbimento la proprietà di una sostanza solida di far aderire alla propria superficie altre sostanze gassose o disciolte in un solvente, in modo tale di trattenerle presso di sé.
E' pertanto evidente che i migliori materiali adsorbenti sono quelli porosi e dotati di una superficie quanto più possibile estesa, a parità di peso e di volume.

Per questo motivo il carbone viene sottoposto ad un trattamento di "attivazione" consistente in un riscaldamento in presenza di adatti reagenti (acido cloridrico, cloro, anidride carbonica) e tendente appunto a farne aumentare la superficie; il carbone così trattato dicesi carbone attivo.

Non tutte le sostanze disciolte vengono adsorbite e non tutte allo stesso grado. Secondo una regola (regola di Traube), a parità di ogni altra condizione sono adsorbite preferenzialmente le sostanze a più alto peso molecolare; ma vi sono alcune eccezioni a tale regola.
Naturalmente ad un certo punto il carbone si satura di sostanze adsorbite, ed il suo potere adsorbente si esaurisce; occorre allora rigenerarlo, mediante un moderato riscaldamento in atmosfera di gas inerte contenente solo la quantità di ossigeno strettamente necessaria per ossidare le impurezze adsorbite, senza danneggiare il carbone, il cui calo di peso non deve superare il 4-5% per ogni rigenerazione. L'adsorbimento su carbone attivo granulare è impiegata nei trattamenti di terzo stadio, quando si vogliono eliminare i detergenti sintetici, i quali vengono adsorbiti quantitativamente.
Con la imposizione dei detergenti biodegradabili questo metodo ha perso un po' della sua importanza, perché lo stadio biologico, se ben condotto, è sufficiente a demolire tali composti.
Tuttavia, quando si desidera scaricare un affluente veramente accettabile anche in un corpo idrico ricevente dotato di elevate caratteristiche di purezza (laghi di importanza turistica, ecc.) è sempre consigliabile sistemare in coda all'impianto una colonna di carbone attivo, perché esso oltre ad eliminare anche le ultime tracce di detersivo, rimuove interamente i residui di sostanze organiche sfuggiti allo stadio biologico, ed inoltre elimina le eventuali sostanze coloranti presenti e, qualora l'effluente sia sottoposto a clorazione allontana anche gli ultimi residui di cloro.

COAGULAZIONE
La coagulazione è l'operazione che consente di favorire la sedimentazione di particelle finemente disperse che non si depositerebbero con una velocità compatibile con i tempi di lavorazione.
La teoria si basa sulla capacità di alcune sostanze dette "agenti coagulanti", di annullare le forze elettrostatiche repulsive fra le particelle, riunendole in agglomerati che raggiungono un peso tale da precipitare facilmente.
Gli agenti coagulanti spesso usati per le acque reflue sono:

• solfato di alluminio
  
• sodio alluminato, cloruro ferrico, solfato ferroso
  
• calcio idrato
  
• polimeri organici sintetici noti come polielettroliti.

ELETTROLISI
L'elettrolisi è quel processo che permette di far depositare sull'anodo o sul catodo di una cella elettrolitica gli ioni che si vogliono recuperare da una soluzione, facendo passare nella stessa una corrente elettrica.
Questo metodo è alquanto costoso per cui l'impiego su un'acqua reflua è giustificato solo se la sostanza da recuperare ha un valore economico maggiore della spesa affrontata per recuperarla.

NEUTRALIZZAZIONE
La neutralizzazione serve per riportare il pH dell'acqua al suo valore di neutralità, sia prima di ulteriori trattamenti, sia prima dello scarico finale.
Il controllo della neutralizzazione è generalmente affidato a sistemi automatici comandati da un misuratore di pH.
La variazione di flusso dell'acqua di scarico, la sua non perfetta omogeneizzazione con i reattivi, la sua capacità tampone e la possibilità che si sporchi la sonda del pH, sono fattori che non consentono di ottenere risultati ottimali.
I reattivi usati sono:

• per le acqua alcaline, l'acido solforico o cloridrico oppure il biossido di carbonio;
  
• per le acque acide, la calce nelle sue diverse forme: CaO, Ca(OH)2 e CaCO3, anche se viene impiegato di preferenza il latte di calce per la sua maggiore velocità di reazione.

Durante la reazione dio neutralizzazione possono avvenire precipitazione dovuta ai prodotti di reazione o alle impurità presenti nello scarico.

OSMOSI INVERSA
L'applicazione dell'osmosi inversa al trattamento delle acque reflue è limitato a quei casi in cui è necessario eliminare sali inorganici disciolti negli effluenti, purché contenenti una ridotta quantità di sostanze disperse, per evitare un immediato intasamento delle membrane usate per l'operazione.
Spesso il processo di osmosi inversa viene preceduto da una sedimentazione con coagulazione e da una filtrazione.

OSSIDORIDUZIONE
Il processo di ossidoriduzione è un processo simultaneo, cioè è necessario che una reazione di ossidazione avvenga contemporaneamente ad una di riduzione.
A volte è necessario ossidare o ridurre un composto contenuto nelle acque reflue per renderlo meno tossico o più facilmente eliminabile.
Si parla di ossidazione quando si aggiunge all'acqua da trattare un ossidante e tra questi i più usati sono l'acqua ossigenata e il permanganato di potassio.
Le sostanze che sono ossidate sono numerose: solfuri, cianuri, solfiti, ferro, manganese, fenoli, aldeidi, ammine aromatiche, chetoni, esteri, acidi e ammine alifatiche.
L'agente ossidante e la sua quantità sono stabiliti, a seconda dell'effluente da trattare, con prove di laboratorio.
Si parla invece di riduzione quando si aggiunge all'acqua da trattare un riducente. Questo metodo è poco usato e viene applicato quasi esclusivamente per ridurre i cromati a cromo trivalente mediante l'aggiunta di sali di ferro o metabisolfito di sodio.

PRECIPITAZIONE
La precipitazione è un'operazione alla quale generalmente si ricorre per eliminare dall'acqua che deve essere scaricata un anione o un catione presenti in concentrazione più alta di quella prevista dalla legge.
La precipitazione viene effettuata aggiungendo all'acqua una sostanza in grado di legarsi con la specie da eliminare in modo da formare un composto insolubile che precipita.
La teoria alla base della precipitazione è quella relativa al prodotto di solubilità dei composti chimici.

SCAMBIO IONICO
Particolari scarichi, soprattutto di provenienza industriale, sono trattati, con ottimi risultati, con resine a scambio ionico.
Questo processo, utilizzato soprattutto per le acque grezze prima del loro impiego in un'industria, diventa particolarmente delicato quando è necessario trattare acque reflue, in quanto le caratteristiche degli effluenti sono più soggette a variazioni sia per quanto riguarda la concentrazione delle sostanze inquinanti, sia per quanto riguarda parametri come il pH che influiscono sul processo basato sullo scambio ionico.
A seconda delle caratteristiche delle acque bisogna usare resine cationiche, anioniche, o di entrambi i tipi.