化学沉淀处理是在废水中投加可溶性的化学药剂，使之与废水中呈溶解状态无机污染物发生化学变化，生成不溶于或难溶于水的化合物，产生沉淀析出，使废水净化。能生成难溶的沉淀物需有各种条件，譬如废水pH值就有着重要作用，但最关键的条件是要在水中的离子积必须大于溶积度才会沉淀析出。由于投入的化学药剂不同，化学沉淀处理有着许多方法，主要有：

（1）氢氧化物沉淀法 这是去除废水中重金属的有效方法。废水中加入石灰、碳酸钠、苛性钠、石灰石、白云石等沉淀剂，使生成难溶的氢氧化物沉淀。废水中的一些离子，如As^3＋、Al ^3＋、Cr^3＋、Fe^3＋、Hg^2＋、Pb^2＋、Zn^2＋等，加石灰就产生沉淀物，例如：

As₂O₃＋Ca（OH）₂→Ca（AsO₂）₂↓＋H₂O

加入碳酸盐也产生沉淀物，如：

PbSO₄＋Na₂CO₃→PbCO₃↓＋Na₂SO₄

由于碱土金属（Ca、Mg等）和重金属（Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Cd、Pb、Hg、Bi等）的碳酸盐都难溶于水，所以可以投加碳酸盐将这些金属离子从废水中去除。

（2）硫化物沉淀法 废水中加入硫化氢、硫化铵或碱金属的硫化物等沉淀剂，会生成难溶的金属硫化物沉淀。由于金属硫化物的溶度积小得多，因此去除废水中的重金属效率高、更完全。例如，去除无机汞，可以全部生成硫化汞析出。

2Hg^＋＋S^2－=Hg₂S↓

但硫化物沉淀法亦要注意pH值控制及剩余S^2－的处理。

此外，化学沉淀处理中还有磷酸盐沉淀法、卤化物沉淀法、缺氧体沉淀法、淀粉黄原酸酯沉淀法、钡盐沉淀法等方法。