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给水处理是通过一系列处理方法去除或部分去除水中的杂质，包括有机物、无机物和微生物等，使之符合相关用水的水质标准。水处理方法应根据不同来水的水质和用水对象的水质要求确定，为了达到特定的处理效果，通常使用多种处理方法的组合。饮用水是给水工艺中最重要，品质要求最高的产品。本节将以饮用水处理为例介绍给水处理工艺。
生活饮用水的处理，其核心处理工艺为混凝、沉淀、过滤、消毒。不过近年来，由于饮用水水源地的水质恶化，特别是原水中有机物浓度的升高，增加了氯消毒时有机副产物产生的风险，为降低有机污染物的影响，我国部分饮用水厂目前已增加了臭氧-生物活性炭处理工艺。另外，当水源为地下水时，存在着铁、锰金属离子超标的风险，也需要通过饮用水厂进行处理，使铁、锰离子浓度降低至水质标准范围内。
当前饮用水处理工艺常用的处理方法包括物理、化学和生物方法，接下来按照工艺段详细解释。
混凝沉淀工艺是目前给水处理、中水处理和部分污水处理的核心工艺，主要包含混合、絮凝、沉淀3个工艺流程，本节中的混凝是混合和絮凝过程的总称。混凝通常和沉淀工艺结合在一起，以达到降低水中悬浮物和浊度的目的。
通过投加混凝剂使水中难以自然沉淀的胶体物质及细微悬浮物聚集成较大的颗粒，使之能与水分离的过程称为混凝。混凝是水处理的重要方法，能去除浊度和色度，还能对水中的无机和有机污染物有一定的去除效果。在近代水处理技术中，混凝技术广泛用于去除臭味、藻类、氮磷、悬浮颗粒等污染物，混凝过程中投加的药剂称为混凝剂或絮凝剂，传统的混凝剂是铝盐和铁盐，如三氯化铝、硫酸铁等。20世纪60年代开始出现的无机高分子混凝剂，如聚合氯化铝、聚合氯化铁等，因为性价比更高，得到了迅速发展，目前已在世界许多地区取代了传统混凝剂。近代发展起来的聚丙烯酰胺有机高分子絮凝剂，品种甚多而效果优良，但因价格较高且不能完全消除毒性，始终不能代替无机类混凝剂，而主要作为助凝剂使用。
利用某些悬浮颗粒的密度大于水的特性，将其从水中去除的过程称为沉淀。密度大于水的悬浮颗粒有的是在原水本身存在的，有的是胶体经混凝生成的矾花。
在给水和污水处理流程中，沉淀处理工艺被广泛使用，如给水处理中混凝后的沉淀、污水生物处理工艺后的沉淀、污泥重力浓缩过程使用的沉淀等。
水处理工艺中采用的沉淀池，包括给水处理和污水处理，主要有平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池及斜板沉淀池这4种类型，应根据不同的现场工况和要求，选择合适的沉淀池类型。
为考察沉淀效果，通常会在沉淀池出水口在线监测其悬浮物浓度或浊度。另外，通过对沉淀池排泥浓度的监测也有利于掌握沉淀池的运行状况。
待过滤水通过过滤介质的表面或滤层截留水体中悬浮固体和其他杂质的过程称为过滤。经混凝沉淀处理后的水，通常需进入滤池过滤以进一步降低悬浮物浓度或浊度，过滤已成为给水处理中不可缺少的过程。
经过过滤处理，可进一步降低水中的悬浮物浓度或浊度，并为后续处理装置创造有利条件，保证后续处理构筑物的稳定运行以及处理效率的提高。比如过滤液悬浮物和其他干扰物质浓度的降低，有助于在消毒工艺中提高杀菌效率，节省消毒剂用量。砂滤是最常见的过滤器，该工艺以石英砂为过滤介质截留水质的悬浮物质，过滤一定时间后，滤池需进行反冲洗，使滤层松动，冲走滤层截留物，清洁滤层。
经沉淀处理后的出水，其浊度已大幅度降低，但有时仍无法满足用水要求，此时需通过过滤处理工艺进一步去除悬浮物或浊度。
为考察过滤效果，通常会对过滤出水进行浊度进行在线监测。另外，对滤池入口的浊度监测可确保滤池稳定的出水效果。
活性炭因为具有表面积大和带空隙的构造，显示出良好的吸附性能，故而能够有效去除水中的臭味、溶解的有机物等。吸附饱和的活性炭可经过再生后回用，一般以热再生法应用最多，通过加热的方式，以去除挥发性物质、大量有机物的热解以及蒸汽和热解的气体产物从炭粒的空隙中排出。
在使用活性炭滤池时，发现活性炭滤料上有大量微生物，出水水质很好，并且活性炭的再生周期明显延长，于是发展成为一种有效的深度处理方法——生物活性炭法，能够很好地将溶解的有机物进行生物氧化，并完成生物硝化，将部分氨氮转化为硝氮。一般生物活性炭会和臭氧联用成为臭氧-活性炭工艺。臭氧能将溶解的、胶体状的、分子量较高的有机物转化为分子量较低较易生物降解的有机物。
面对持续加剧的水源污染以及日趋严格的城市供水水质指标的出台，常规水处理工艺难以使出厂水水质达标。臭氧-生物活性炭工艺通过臭氧氧化与活性炭吸附相结合的方法，可降低水中部分有机污染物的浓度，并将大分子有机物氧化为小分子中间产物，提高污染物的可生化性，延长活性炭使用寿命，在饮用水领域应用较多。目前臭氧-生物活性炭工艺已成为饮用水深度处理的最有效方法之一。
为稳定运行臭氧-生物活性炭工艺，对臭氧接触池出水的臭氧进行在线监测是控制臭氧工艺运行的有效方法之一。
饮用水消毒是杀灭水中对人体健康有害的致病微生物，防止通过饮用水传播疾病。消毒并非要把水中的微生物全部杀灭，只是消除水中的致病微生物（包括病菌、病毒等）的致病作用。
水中微生物往往黏附在悬浮颗粒上，因此，经混凝、沉淀和过滤去除悬浮物、降低水的浊度同时，也去除了大部分微生物。然而水中仍有少量病菌、病毒、原生动物滞留在水中，最后再通过消毒方式予以杀灭。消毒是饮用水安全、卫生的最重要保障。
水的消毒方法有很多，包括氯及氯的化合物、臭氧、二氧化氯及紫外线消毒，也可采用上述方法的组合。氯消毒经济有效、使用方便、应用历史最久也最为广泛。自20世纪70年代发现受污染水体经氯消毒后会产生三卤甲烷等有害副产物后，其他消毒方法逐渐受到重视。就当前的情况而言，随着对氯消毒副产物及产生机理的研究，以及人们对饮用水生产工艺的改进，氯消毒方法仍是目前普遍采用且经济、有效的消毒方式。
氯消毒工艺出水，通常需在线监测消毒剂浓度，以保证经消毒处理后水中仍留有一定的消毒剂浓度，使之具备持续消毒能力。
当以某些地下水作为水源时，水中的铁、锰含量超过生活饮用水卫生标准时，需采用除铁、除锰措施。常用的方法是含铁、锰的地下水经冲气或加入氧化剂后，水中铁、锰离子开始氧化，当水流经锰砂滤层时，在滤层中发生接触氧化反应及滤料表面生物化学作用和物理截留吸附作用，使水中铁、锰离子沉淀去除。
生活饮用水水质与人类健康和生活使用直接相关，故我国对饮用水水质标准极为关注。我国1956年颁发了《生活饮用水卫生标准（试行）》，直到目前执行的是2007年实施的《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006），规定了生活饮用水水质卫生要求、生活饮用水水源水质卫生要求、集中式供水单位卫生要求、二次供水卫生要求、涉及生活饮用水卫生安全产品卫生要求、水质监测和水质检验方法。应当指出的是，水中的各种化学物质与人类健康的关系实际上是相当复杂的，有很多机理及指标至今也不是非常清楚。随着医学、环境科学及检验检测技术等学科的发展，人类的认识也在不断深入、清晰。所以水质标准也会做相应的修改。
生活饮用水的水质监测，其监测位置涵盖了水源地、饮用水厂处理过程、出厂水、市政饮用水管网及二次供水等监测点。下面对一些检测频率高且通常使用在线仪器监测的指标进行说明。
pH值是溶液中氢离子活度的负对数，是最常用的水质指标之一。根据我国制定的生活饮用水国家标准，饮用水的pH值在6.5~8.5。pH值作为饮用水标准中的一项常规监测指标，不仅在出厂水、管网水及二次供水位置需要使用在线分析仪表监测，也是饮用水源地常规在线监测参数之一。除此之外，pH值在饮用水厂处理工艺流程中，会直接影响混凝的效果，通常也会在混凝沉淀处理工艺过程中在线监测pH值。
浊度是反映天然水和饮用水等物理性状的一项常规指标，用以表示水的清澈或浑浊程度，是衡量水质优劣程度的重要指标之一。
高度浑浊的饮用水在视觉上让人感到非常不舒服，从而引发人们对健康安全的关注。悬浮颗粒物中会裹挟许多细菌、病毒等致病微生物，以及有助于其生长、繁殖的营养物质，同时也会降低消毒效果，因此如果不降低出厂水中浊度，悬浮颗粒物就会进入管网，悬浮颗粒物中的细菌和病毒等微生物得以在管网中继续生长、繁殖，进入千家万户的饮用水中，造成肠道疾病的大规模爆发。饮用水处理的研究和实践表明，饮用水中浊度的去除率和致病微生物的去除之间存在很好的正相关性。
浊度作为饮用水水质标准的核心指标之一，其在出厂水、管网水及二次供水需要被频繁检测，通常以在线浊度分析仪进行监测分析，以便实时掌控饮用水浊度。
经处理后的饮用水，为确保微生物指标符合水质标准，需对其进行消毒处理。目前市政饮用水常规的消毒剂主要有液氯、次氯酸钠、氯氨及二氧化氯，其中以液氯为主。经消毒剂与水接触消毒后，为保证饮用水进入管网后具备持续消毒能力，饮用水水质标准对出厂水和管网末梢水的消毒剂余量界定，以确保饮用水中微生物指标符合要求，保障人体健康。
消毒剂浓度与浊度相同，是饮用水水质标准的核心指标之一，同样在出厂水、管网水及二次供水需频繁检测，通常使用在线分析仪进行监测分析。
饮用水其他指标，如水中有机物浓度，以及铁、锰、铝等金属离子浓度、氨氮等，也是被频繁检测和关注的参数。但由于不同地域水源地水质的差异，其受到的关注程度也不尽相同。