Cheminis nuotekų valymas yra sudėtingas pramoninis procesas, naudojamas kenksmingoms medžiagoms ir bakterijoms pašalinti iš neapdorotų nuotekų ir lietaus vandens. Nuotekų valymo įrenginiai filtruoja panaudotą, nešvarų vandenį, kad jį būtų galima grąžinti į natūralų ir dirbtinį vandens šaltinį. Įvairiose filtravimo proceso fazėse naudojama daugybė cheminių medžiagų, siekiant atskirti kietąsias medžiagas, naikinti bakterijas ir parazitus bei pašalinti pavojingus toksinus. Cheminiai geležies chlorido, alūno, ozono, chloro ir kalkių junginiai padeda išvalyti net labiausiai užterštos koncentracijos nuotekas. Nufiltruotos, dezinfekuotos ir neutralizuotos nuotekos nebekelia pavojaus aplinkai ir yra laikomos saugiomis visuomeniniam naudojimui ir vartojimui.
Valymo įrenginiai paprastai kontroliuoja įvairius fizinius filtravimo procesus, prieš pradėdami nuotekų cheminį valymą. Didelės centrifugos atskiria didžiąją dalį dumblo ir alyvų nuo nuotekų, sukdamos baką, o sietų serija pašalina daugumą likusių kietųjų dalelių. Po šių fizinių procesų pridedama cheminių medžiagų, kurios sukrešina mažas daleles ir iškelia jas į rezervuaro paviršių. Geležies chloridas ir alūnas yra populiarios koaguliuojančios medžiagos, kurios jungiasi su toksiškomis dalelėmis ir sudaro naują netirpus dumblą. Dėl šios medžiagos rezervuaro viršuje susidaro plėvelė, kurią galima nugramdyti naudojant specializuotą mechaninį surinkimo įrankį.
Pašalinus visas pastebimas kietąsias daleles, naudojami papildomi cheminio nuotekų valymo procesai, kad vandens rezervuaras būtų dezinfekuojamas oksidacijos būdu. Licencijuoti gamyklos operatoriai prideda chloro arba ozono tirpalų, kad sunaikintų kenksmingas bakterijas, grybelius ir parazitus. Chloras ir ozonas sukuria deguonies turtingą aplinką, kuri neleidžia mikroorganizmams daugintis, klestėti ir kolonizuotis. Priklausomai nuo rezervuaro dydžio ir bakterijų bei parazitų skaičiaus, cheminis nuotekų valymo procesas gali trukti nuo kelių valandų iki visos savaitės.
Paskutinis svarbus cheminis nuotekų valymo būdas yra vandens rūgšties kiekio neutralizavimas. Grynas vanduo yra laikomas neutraliu pagal pH skalę, matas yra septyni. Rūgščių nuotekų pH vertė paprastai yra mažesnė nei septyni, todėl cheminių procesų metu jos turi būti bazinės. Į rūgštines talpyklas įpilamas labai specifinis bazinių cheminių medžiagų kiekis, siekiant neutralizuoti turinį. Kalkės yra dažniausiai naudojama bazė, nes specialistai gali nesunkiai išmatuoti, kiek reikia pridėti. Kokybės kontrolės specialistai patikrina galutinį apdorotų rezervuarų pH, kad įsitikintų, jog jie yra neutralūs, prieš išleisdami vandenį atgal į viešuosius vandens šaltinius.