Các quá trình cơ học, lý học, tiền xử lý bao gồm làm thoáng, keo tụ tạo bông, lắng tách cặn, lọc cát.

Tháp oxi hoá và làm thoáng:

Khi nguồn nước (mặt, ngầm) hoặc nước đã qua xử lý (thuỷ cục) bị nhiễm các thành phần như sắt, mangan thì cần phải dùng tháp oxi hoá sắt bằng cách làm thoáng hoặc kết hợp làm thoáng và hoá chất Chlorien (javel) để chlo hoá khử sắt, mangan. Ngoài ra, khi chlo hoá sẽ diệt khuẩn nguồn nước để kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn trong các trong trình xử lý.

Công trình keo tụ, tạo bông, lắng tách cặn:

Khi nguồn nước (mặt, ngầm) hoặc nước đã qua xử lý (thuỷ cục) bị nhiễm các thành phần độ đục, độ màu, tổng chất rắn lơ lững thì phản dùng PAC (Poly Aluminium Chlorice), phèn sắt, hoặc phèn nhôm để kẹo tụ các chất keo, độ đục, màu, chất rắn lơ lữngtrong một công trình phản ứng keo tụ (khuấy trộn nhanh) trước. Sau đó, để các hạt keo tụ có thể lắng thì phải dùng chất Polyme để kết bông những hạt keo lại với nhau trong công trình phản ứng tạo bông (khuấy trộn chậm), tạo thành những bông cặn dễ lắng có thể lắng trong công trình lắng (lắng đứng, lắng ngang, lắng ly tâm, lắng lamen) tách bông cặn ra khỏi nước.

Công trình lọc cát:

Khi nguồn nước (mặt, ngầm) hoặc nước đã qua xử lý (thuỷ cục) mà vẫn bị nhiễm các thành phần độ đục, độ màu, tổng chất rắn lơ lững thì có thể sử dụng công trình lọc cát (lọc nhanh, lọc liên tục, lọc tự rửa, lọc đa tầng…) để lọc cặn, làm trong nước.

Thông thường, nước sau quá trình lọc cát sẽ phải được khử trùng bằng chlorine hoặc javel để đảm bảo nguồn nước không bị tái nhiễm khuẩn và được cấp vào mạng lưới nước cấp cho nông thôn, thành thị, khu dân cư, khu công nghiệp…nước sau quá trình trên thường đạt QCVN 02/2009/BYT hoặc QCVN 01/2009/BYT để có thể dùng cho sinh hoạt hoặc dùng cho ăn uống

Các quá trình tiền xử lý bật cao thường là quá trình lọc cát, quá trình lọc túi, quá trình lọc than hoạt tính, quá trình lọc tinh, quá trình lọc UF. Các quá trình này nhằm phục vụ cho quá trình xử lý bậc cao hoặc đảm bảo một chất lượng nước tốt hơn QCVN 01/2009/BYT cho quá trình sản xuất của một nhà máy.

Lọc đa tầng, lọc than hoạt tính:

Lọc đa tầng MMF (Multi Media Filters) và lọc than hoạt tính ACF (Activated Carbon Filters) là công nghệ (thiết bị) mà chúng dùng nhiều lớp vật liệu (Anthraxit, cát, sỏi canxi cacbonate, than hoạt tính, cát mangan xanh, cát đặc biệt khác) lọc cho mục địch xử lý cùng lúc nhiều tạp chất trong nước như cặn, độ đục, sắt, mùi vị khó chịu, mùi hôi, hạt lơ lửng và màu sắc, chlo tự do, TOC không mong muốn; tất cả trong số đó thường được tìm thấy trong nước bề mặt, nước ngầm hoặc các loại nước đã qua xử lý nước thô như trên.

Lọc túi vải

Lọc túi vải là một dạng của lọc tinh hay còn gọi là lọc micron, tuy nhiên kích thước lỗ rỗng có thể giữ lại các hạt, thành phần tạp chất có kích thước từ 50µm đến 500µm. Nó thường được thiết kế dưới dạng những túi vải nên còn được gọi là lọc túi vải.

Lọc tinh, lọc micron, vi lọc:

Tương tự như lọc túi vải là một dạng của lọc tinh hay còn gọi là lọc micron, tuy nhiên kích thước lỗ rỗng có thể giữ lại các hạt, thành phần tạp chất có kích thước từ 0,2µm đến 50µm, đại diện là TSS, SDI. Nó thường được thiết kế dưới dạng những lõi lọc với nhiều lớp vật liệu được quấn lại với nhau

Vi lọc MF (Microfiltration) có thểloại bỏ các hạt trong phạm vi từ 0,1-50micron. Nhìn chung, các hạt lơ lửng và chất keo lớn bị giữ lại trong khi các đại phân tử và chất rắn hòa tan sẽđi qua màng lọc. Ứng dụng để loại bỏ  vi khuẩn, bông cặn hoặc TSS (tổng chất rắn lơ lửng).

Quá trình xử lý bậc cao thường tập trung vào xử lý những tạp chất ở các phạm vi phân tử, vi phân tử, ion và chủ yếu bằng các biện pháp siêu lọc (UF, NF, RO) và trao đổi ion (khử ion, làm mềm…), phạm vi của mỗi công nghệ thể hiện ở hình sau: