传统的城市污水处理方法主要依据受纳水体对有机污染物BOD5的处理需求，即五日生化需氧量的排放限制来确定处理程度。然而，现有的二级污水处理厂仅能有效去除可生物降解的有机物，以及部分氮、磷等营养物质，对难以生物降解的有机物处理能力有限，导致处理后的污水仍可能对水体环境产生影响。
针对这一问题，部分污水处理厂开始升级设备，增加了除氮、除磷等处理环节，以进一步净化水质。在一些缺水城市，三级处理系统被采用，二级处理后的水经过脱氮、脱磷处理，通过活性炭吸附或反渗透等技术去除剩余污染物，同时通过臭氧或氯进行消毒，以确保水的卫生安全。处理后的水被进一步用于中水回用，如冲洗厕所、绿化灌溉、工业用水和消防等。
另外，土地处理系统，如生物氧化塘、贮存湖和污水灌溉田等，作为一种经济且高效的污水处理方式，在一些地区已经得到了实际应用。这些系统利用自然环境对污水进行处理，既能节省资源，又能减少环境污染。总的来说，城市污水处理正在向着多元化、深度处理的方向发展，以实现更为严格的水质控制和资源循环利用。
水污染防治工程是防治、减轻直至消除水环境的污染，改善和保持水环境质量，合理利用水资源所采取的工程技术措施。