Prinsip dasar peralatan pengolahan air adalah menghilangkan atau mengubah kotoran, zat berbahaya, atau polutan terlarut dalam air mentah melalui kombinasi metode fisik, kimia, dan biologi, sehingga memenuhi standar penggunaan atau pembuangan. Proses yang berbeda beroperasi berdasarkan prinsip yang berbeda:
Perawatan Fisik: Terutama mengandalkan filtrasi, sedimentasi, dan intersepsi untuk mencapai pemisahan. Misalnya, penyaringan pasir dan penyaringan karbon aktif menggunakan media partikulat untuk menyerap atau mencegat padatan tersuspensi; mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, dan osmosis balik memanfaatkan permeabilitas selektif membran untuk mencapai pemisahan halus molekul air dan polutan. Proses ini tidak mengubah sifat polutan namun menghilangkannya melalui penghalang fisik.
Perawatan Kimiawi: Mencapai transformasi atau penghilangan polutan melalui reaksi. Misalnya, proses koagulasi menggunakan bahan kimia untuk mengagregasi partikel koloid menjadi flok agar mudah mengendap; proses oksidasi (seperti desinfeksi ozon dan klorin) dapat merusak struktur bahan organik atau membunuh mikroorganisme; pertukaran ion menggunakan resin untuk menukar ion kalsium dan magnesium di dalam air, sehingga mencapai pelunakan atau desalinasi. Metode-metode ini menekankan perbaikan kualitas air yang didorong oleh bahan kimia.
Pengolahan Biologis: Terutama bergantung pada degradasi metabolik polutan oleh mikroorganisme, seperti proses lumpur aktif atau proses bioreaktor membran. Mikroorganisme mengubah polutan organik menjadi karbon dioksida, air, dan zat stabil lainnya, sehingga menghasilkan pengolahan polutan yang tidak berbahaya. Metode ini banyak digunakan dalam pengolahan limbah domestik dan air limbah industri organik.
Singkatnya, prinsip inti peralatan pengolahan air adalah mencapai penghilangan polutan dalam berbagai bentuk selangkah demi selangkah melalui kombinasi teknologi, yang secara bertahap mengubah kualitas air dari "air mentah" menjadi "air yang dapat digunakan atau air pembuangan yang sesuai".