Vattenavfallshantering är området för hantering av avloppsvatten för att göra det lämpligt att antingen återvinnas i ett vattensystem eller att deponeras på ett miljömedvetet sätt. Detta är ett av de större problemen som de flesta större städer i den moderna världen står inför, med översvämning som orsakar allvarliga föroreningsproblem och ökande befolkningstäthet som sträcker befintlig infrastruktur till bristningsgränsen. Både mekaniska och biologiska processer används för att hantera avloppsvatten för att bli av med oönskade partiklar och för att eliminera eventuella skadliga patogener.
Ett av de viktigaste områdena inom vattenavfallshantering är avloppsrening. Detta omfattar hushållsavlopp, kommersiellt avrinning, miljöavrinning med mera. Hushåll producerar avloppsvatten som avfall från sina toaletter, duschar, handfat och bad, som vanligtvis antingen pumpas in i ett igelfält i lokalerna eller skickas till ett centralt avloppssystem. Industriellt avloppsvatten kan vara särskilt farligt, ofta med skadliga föroreningar som tillförs vattnet och förs in i avloppssystemet. I vissa regioner är detta avloppsvatten speciellt reglerat och kan kräva en speciell anläggning för att behandla.
Ett stort problem i modern förvaltning har uppstått då befintliga avloppssystem fylls nära kapacitet. Många moderna städer tillåter avrinning från regnstormar att filtrera direkt in i avloppssystemet, vilket lägger till en stress till ett redan utsträckt system. Som ett resultat av detta kan regnvattnet under särskilt kraftiga stormar eller stormar som varar under långa perioder göra att avloppssystemet överskrider sin kapacitet, vilket skapar vad som kallas ett kombinerat avloppsbräddavlopp, vilket kan vara en enda röra både inom städerna och på kustlinjen.
Avloppsvatten i en större stad behandlas vanligtvis på en central anläggning, dit det skickas med en omfattande serie av rör och pumpar. De flesta ledningssystem har tre distinkta nivåer, helt enkelt kallade primära, sekundära och tertiära behandlingar. Primär behandling involverar separering av fasta ämnen ur vattnet, vanligtvis genom mekaniska metoder såsom sedimentering och filtrering. Sekundär behandling innebär att man använder biologiska metoder, såsom mikroorganismer, för att föra upp löst material ur lösning och till fast form. Tertiär behandling innebär sedan att avlägsna dessa fasta ämnen från vattnet och behandla det resulterande vattnet för att rena det, vanligtvis genom mikrofiltrering eller kemiska tillsatser.
På individnivå kan vattenavfallshantering användas av hushåll som inte finns i ett avloppssystem eller av hushåll som vill minska mängden avfall som pumpas ut i ett avloppssystem. Under de senaste åren har många regioner tillåtit separering av avloppsvatten i gråvatten och svartvatten. Gråvatten är det relativt oförorenade vattnet som härrör från aktiviteter som att tvätta, duscha eller diska. Blackwater, å andra sidan, är avlopp från toalettsystem.
Medan svartvatten enligt lag i de flesta regioner antingen måste skickas in i ett avloppssystem eller till ett igelfält, är gråvatten mindre reglerat. Många moderna hem använder grundläggande filtreringssystem för att göra det lämpligt för ett antal vattenintensiva aktiviteter som inte kräver dricksvatten. Till exempel kan människor använda gråvatten för att vattna sina trädgårdar eller landskapsarkitektur, eller för att fylla på cisternerna på toaletter för spolning. Detta är en enkel och effektiv form av vattenavfallshantering som kan spara stora mängder vatten årligen, samt minska arbetsbelastningen på avloppssystem.