城市污水再生利用常以城市污水廠二級處理出水為原水，經過前兩級處理后，城市污水中的SS和BOD5一般均能去除90%以上，水質得到很大程度的改善。但是，若將兩級處理后的城市污水直接回收利用，在許多重要水質指標上仍然是不能滿足要求的。因此，對兩級處理后的城市污水施行進一步的處理，即再生處理（又稱深度處理、三級處理），是再生利用的必然前提。深度處理的目的是去除城市污水廠出水中剩余的污染成分，使處理出水達到再生水水質要求。這些污染物質主要是氮磷、膠體、細菌、病毒、微量有機物、重金屬以及影響回用的溶解性礦物質等。由于污水成分的復雜性以及回用的用途不同，再生水處理工藝也千差萬別。城市污水深度處理的基本單元技術有混凝（化學絮凝）、沉淀（澄清、氣浮）、過濾和消毒等。對水質要求更高時采用的深度處理單元技術有活性炭吸附、臭氧發生器氧化、離子交換、膜分離技術、脫氮除磷技術等。通過對上述單元技術的合理組合，就形成了滿足不同使用要求的再生水處理工藝。