Η διαχείριση αποβλήτων υδάτων είναι ο τομέας της διαχείρισης των λυμάτων για να καταστεί κατάλληλο είτε για ανακύκλωση σε ένα σύστημα ύδρευσης είτε για απόρριψη με περιβαλλοντικά συνειδητό τρόπο. Αυτό είναι ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι περισσότερες μεγάλες πόλεις του σύγχρονου κόσμου, με την υπερχείλιση να προκαλεί σοβαρά προβλήματα ρύπανσης και την αύξηση της πληθυσμιακής πυκνότητας εκτείνοντας την υπάρχουσα υποδομή στο όριο θραύσης. Τόσο οι μηχανικές όσο και οι βιολογικές διεργασίες χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση των λυμάτων για την απαλλαγή από ανεπιθύμητα σωματίδια και για την εξάλειψη τυχόν επιβλαβών παθογόνων παραγόντων.
Ένας από τους σημαντικότερους τομείς στη διαχείριση των αποβλήτων νερού είναι αυτός της επεξεργασίας λυμάτων. Αυτό καλύπτει οικιακά λύματα, εμπορικές απορροές, περιβαλλοντικές απορροές και άλλα. Τα νοικοκυριά παράγουν λύματα ως απόβλητα από τις τουαλέτες, τα ντους, τους νεροχύτες και τα μπάνια τους, τα οποία γενικά είτε αντλούνται σε ένα χωράφι με βδέλλες στις εγκαταστάσεις είτε αποστέλλονται σε ένα κεντρικό σύστημα αποχέτευσης. Τα βιομηχανικά λύματα μπορεί να είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα, συχνά με επιβλαβείς ρύπους που προστίθενται στο νερό και εισάγονται στο σύστημα αποχέτευσης. Σε ορισμένες περιοχές, αυτά τα λύματα υπόκεινται σε ειδική ρύθμιση και ενδέχεται να απαιτούν ειδική εγκατάσταση για την επεξεργασία τους.
Ένα ουσιαστικό πρόβλημα στη σύγχρονη διαχείριση έχει προκύψει καθώς τα υπάρχοντα συστήματα αποχέτευσης γεμίζουν σχεδόν τη χωρητικότητα. Πολλές σύγχρονες πόλεις επιτρέπουν την απορροή από τις καταιγίδες να διηθείται απευθείας στο αποχετευτικό σύστημα, γεγονός που προσθέτει πίεση σε ένα ήδη τεντωμένο σύστημα. Ως αποτέλεσμα, κατά τη διάρκεια ιδιαίτερα έντονων καταιγίδων ή καταιγίδων που διαρκούν για μεγάλες χρονικές περιόδους, τα νερά της βροχής μπορεί να κάνουν το σύστημα αποχέτευσης να υπερβεί τη χωρητικότητά του, δημιουργώντας αυτό που ονομάζεται συνδυασμένη υπερχείλιση αποχέτευσης, η οποία μπορεί να είναι ένα χάος τόσο εντός των πόλεων όσο και στις την ακτογραμμή.
Τα λύματα σε μια μεγάλη πόλη γενικά επεξεργάζονται σε μια κεντρική εγκατάσταση, όπου αποστέλλονται από μια εκτεταμένη σειρά σωλήνων και αντλιών. Τα περισσότερα συστήματα διαχείρισης έχουν τρία διακριτά επίπεδα, που αναφέρονται απλώς ως πρωτογενείς, δευτερογενείς και τριτογενείς θεραπείες. Η πρωτογενής επεξεργασία περιλαμβάνει τον διαχωρισμό στερεών από το νερό, γενικά μέσω μηχανικών μέσων όπως η καθίζηση και η διήθηση. Η δευτερογενής επεξεργασία περιλαμβάνει τη χρήση βιολογικών μέσων, όπως μικροοργανισμών, για να βγει το διαλυμένο υλικό από το διάλυμα και να αποκτήσει στερεή μορφή. Στη συνέχεια, η τριτοβάθμια επεξεργασία περιλαμβάνει την αφαίρεση αυτών των στερεών από το νερό και την επεξεργασία του νερού που προκύπτει για τον καθαρισμό του, γενικά μέσω μικροδιήθησης ή χημικών προσθέτων.
Σε μεμονωμένο επίπεδο, η διαχείριση των αποβλήτων νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί από νοικοκυριά που δεν χρησιμοποιούν σύστημα αποχέτευσης ή από νοικοκυριά που επιθυμούν να μειώσουν την ποσότητα των αποβλήτων που αντλεί σε ένα σύστημα αποχέτευσης. Τα τελευταία χρόνια, πολλές περιοχές επέτρεψαν το διαχωρισμό των λυμάτων σε γκρίζο και μαύρο νερό. Το γκρίζο νερό είναι το σχετικά μη μολυσμένο νερό που προκύπτει από δραστηριότητες όπως το πλύσιμο ρούχων, το ντους ή το πλύσιμο των πιάτων. Το Blackwater, από την άλλη πλευρά, είναι λύματα από συστήματα τουαλέτας.
Ενώ το μαύρο νερό πρέπει, σύμφωνα με το νόμο στις περισσότερες περιοχές, να αποστέλλεται είτε σε ένα σύστημα αποχέτευσης είτε σε ένα χωράφι με βδέλλες, το γκρίζο νερό είναι λιγότερο ρυθμισμένο. Πολλά σύγχρονα σπίτια χρησιμοποιούν βασικά συστήματα φιλτραρίσματος για να το κάνουν κατάλληλο για μια σειρά από δραστηριότητες έντασης νερού που δεν απαιτούν πόσιμο νερό. Για παράδειγμα, οι άνθρωποι μπορούν να χρησιμοποιούν γκρίζο νερό για να ποτίσουν τους κήπους ή τον εξωραϊσμό τους ή για να ξαναγεμίσουν τις στέρνες στις τουαλέτες για να ξεπλύνουν. Αυτή είναι μια απλή και αποτελεσματική μορφή διαχείρισης αποβλήτων νερού που μπορεί να εξοικονομήσει μεγάλες ποσότητες νερού ετησίως, καθώς και να μειώσει τον φόρτο εργασίας των συστημάτων αποχέτευσης.