پالايش آب به مقدار زياد، مانند تأمين آب مناطق شهري، در چند مرحلهٔ عمده انجام مى‌گيرد:

انبار کردن (Storage)

آب از منبع اصلى در انبار طبيعى و يا مخزن مصنوعى نگهدارى مى‌شود. نگهدارى آب ذخيره‌اى از آن است که آلودگى بعدى در آن روى نمى‌دهد. در نتيجهٔ انبار کردن آب به مقدار قابل ملاحظه‌اى خالص مى‌شود، اين را پالايش طبيعى مى‌گويند و مى‌توان از سه ديدگاه به آن نگريست:


۱. از نظر فيزيکي، تنها با نگهدارى آب در انبار کيفيت آب بهبود مى‌يابد زيرا در مدت ۲۴ ساعت به‌علت قوهٔ ثقل نزديک به %۹۰ ناخالصى‌هاى معلق در آب ته‌نشين، و آب زلال‌تر مى‌شود. با اين عمل نفود نور به درون آب بيشتر و سبب کاستن از کارهاى مربوط به پالايه‌ها مى‌شود.


۲. از نظر شيميائي، در ضمن نگه‌داشتن آب در انبار برخى دگرگونى‌هاى شيميائى هم روى مى‌دهد، ميکروب‌هاى هوازى با کمک اکسيژن محلول آب مواد‌ آلى موجود در آب را اکسيده مى‌کنند، در نتيجه آمونياک آزاد موجود در آب کم، و نيترات‌هاى آب زياد مى‌شوند.


۳. از نظر زيست‌شناختى، در ضمن نگهدارى آب در انبار شمار ميکروب‌هاى آن بسيار کم مى‌شود. عوامل زندهٔ بيمارى‌زا کم‌کم مى‌ميرند. با انبار کردن آب رودخانه در ۷-۵ روز اول تا ۹۰% ميکروب‌هاى آن کم مى‌شوند. اين يکى از مهم‌ترين مزاياى انبارکردن آب است. بهينه مدتِ نگاهدارى آب رودخانه در انبار نزديک به ۱۰ تا ۱۴ روز است و اگر از اين بيشتر نگهداشته شود احتمال رشد گياهانى مانند جلبک‌ها وجود دارد. اين جلبک‌ها در بدبو و بَدرنگ‌ کردن آب سهيم هستند.

پالايش (Filtration)

پالايش آب دومين مرحلهٔ خالص‌ کردن آب و در عين‌ حال مهم‌ترين مرحلهٔ آن است زيرا نود و هشت تا نود و نه درصد ميکروب‌ها در مرحلهٔ پالايش از بين مى‌روند و ناخالصى‌هاى ديگر آب هم گرفته مى‌شود. دو نوع پالايه به‌کار مى‌رود نوع ‌زيست‌شناختي يا پالايهٔ شنى کند و پالايهٔ مکانيکي يا پالايهٔ شنى تند، اين دو نوع پالايه به‌ اختصار شرح داده مى‌شوند.

پالايه‌هاى شنى کُند يا پالايه‌هاى زيست‌شناختى (Slow Sand - Biological - Filter)

اين پالايه‌ها نخستين بار در سال ۱۸۰۴ در اسکاتلند و به دنبال آن در لندن به‌کار گرفته شدند. در سدهٔ نوزدهم به‌کارگيرى آنها در سراسر جهان رواج يافت و حتى امروزه هم به‌طور کلى به‌‌عنوان روش استاندارد براى خالص‌ کردن آب پذيرفته شده‌اند.


- اجزاء تشکيل‌دهندهٔ پالايهٔ شنى کند:


الف- آب‌روى رسوب

اين آب روى بستر شنى قرار گرفته و ژرفاى آن از ۵/۱ - ۱ متر است و براى دو منظور مهم به‌کار مى‌رود: يکى آنکه سطح بالائى آب را ثابت نگاه مى‌دارد به‌طورى ‌‌که بر مقاومت بسترِ پالايه غالب آيد و با اين ترتيب جريان زيرى آب را از بين بستر شنى افزايش دهد، ديگر آن که زمان انتظار (به مدت سه تا دوازده ساعت برحسب سرعت عبور آب از پالايه) لازم را فراهم مى‌آورد تا آب در نتيجهٔ رسوب تخليص نسبي، اکسايش و بهم چسبندگى ذرات (agglomeration) پيدا کند. سطح آب روى رسوب همواره ثابت نگهداشته مى‌شود.


ب- بستر شني

مهم‌ترين بخش پالايه بستر شنى آن است. کلفتى بسترِ شنى در حدود ۲/۱ متر است. دانه‌هاى شن با دقت بسيار برگزيده مى‌شوند به‌طورى‌ که ترجيحاً گرد باشند و قطر مؤثري بين ۱۵/۰ تا ۳۵/۰ ميلى‌متر داشته باشند. شن‌ها بايد تميز و عارى از خاک‌ رس و مواد آلى باشند. در زير بستر شنى يک لايه سنگ‌ريزه قرار دارد که از عبور شن‌هاى ريز به درون لوله‌هاى زه‌کشى آب جلوگيرى مى‌کند.


بستر شنى سطح بسيار گسترده‌اى را تشکيل مى‌دهد به‌طورى‌ که يک متر مکعب شن در حدود ۱۵،۰۰۰ متر مربع سطح دارد. آب به آرامى از بين شن‌ها تراوش مى‌کند (فرآيند عبور آب دو ساعت يا بيشتر طول مى‌کشد) و در جريان تراوش چند نوع فرآيند خالص شدن در آن روى مى‌دهد؛ از اين قرار: پالايش مکانيکي، ته‌نشين شدن، جذب سطحي، اکسيداسيون و عمل ميکروبي، که هر يک سهم خود را عمل مى‌کنند. ميزان طرح‌شده براى پالايش آب به‌طور معمول بين ۱/۰ تا ۴/۰ متر مکعب در ساعت در هر متر مربع سطح است.


لايهٔ زيستى (Vital Layer): هنگامى که پالايه تازه به‌کار افتد تنها به‌صورت يک صافى مکانيکى عمل مى‌کند و نمى‌توان آن را به‌عنوان پالايهٔ زيست‌شناختي به‌شمار آورد، ولى به‌زودى بر سطح بستر شنى پوششى از يک تودهٔ زيست‌شناختى رشد مى‌کند که به نام لايهٔ زيستي Schmutzdecke يا لايهٔ زيست‌شناختى و يا لايهٔ لجنى لزج باکتريائى ناميده مى‌شود. اين لايهٔ زيست‌شناختى ژلاتينى‌شکل شامل رگه‌هاى جلبک و اَشکال پرشمار حيات از جمله پلانکتون‌ها، دياتومه‌ها و باکترى‌ها است. تشکيل لايهٔ زيستى به‌عنوان به‌کار آمدن پالايه شناخته مى‌شود. تشکيل لايهٔ زيستى به‌صورت کامل ممکن است چند روز طول بکشد و هنگامى که به‌طور کامل تشکيل شود تا فاصلهٔ ۲ تا ۳ سانتى‌مترى قسمت بالاى بستر شنى گسترش مى‌يابد. لايهٔ زيستى کانون فعاليت پالايهٔ شنى کند است و به‌وسيلهٔ آن مواد آلى گرفته مى‌شوند، از عبور باکترى‌ها جلوگيري، و ازت آمونياکى اکسيده مى‌شود و به‌صورت نيترات در مى‌آيد و موجب مى‌شود که آبِ بدون ميکروب به‌دست آيد. تا زمان تشکيل لايهٔ زيستى و در چند روز اول به‌طور معمول آب پالايه به هرز مى‌رود.


ج- دستگاه زه‌کشى کف پالايه (Under-Drainage System)

در ته بستر پالايه دستگاه زه‌کشى کف پالايه قرار دارد که شامل لوله‌هاى سوراخ‌دار يا سوراخ‌ شده‌اى است که براى دو منظور به‌کار مى‌رود: تأمين خروجى براى آب پالايش يافته و کمک به محيط بالائى پالايه، هنگامى که بستر پالايه کار گذاشته شود دستگاه زه‌کشى کف پالايه را نمى‌توان ديد.


جعبهٔ پالايه: سه‌ جزء نخست (يعنى آب‌ روى رسوب، بستر شنى و دستگاه زه‌کشى زير آب) در جعبهٔ پالايه قرار دارند. اين جعبه، جعبه‌اى است باز و به‌طور معمول به شکل مستطيل که ۴ - ۵/۲ متر عمق دارد و به‌طور کامل يا نسبى زيرزمين ساخته مى‌شود. ديواره‌هاى آن را مى‌توان از سنگ، آجر و يا سيمان ساخت. جعبهٔ پالايه از بالا به پائين شامل اين اجزا است:


آب روى رسوب، بستر شنى يک تا يک و نيم متر، لايهٔ سنگ‌ريزه ۲/۱ متر، ته پالايه ۱۶ سانتى‌متر.