بیشتر آلودگی‌های محیط زیست و آب‌ها، از قرن بیستم شروع به افزایش نمود؛ که به دلیل تولید بالای فاضلاب‌های خانگی، صنعتی، استفاده روز افزون کودها و سم‌های شیمیایی کشاورزی بود. در تعریف فاضلاب، دیگر نباید گفت که ناپاک است و بوی بد دارد. فاضلاب را می‌توان ماده ارزشمندی دانست که در صورت تصفیه درست، بهره‌های فراوانی خواهد داشت. در فناوری‌های نوین از قبیل زیست فناوری و فناوری نانو، راهکارها و مواد جدیدی برای تصفیه و بهره‌برداری از آب و فاضلاب به دست آمده است.

آلودگی آب زمانی رخ می‌دهد که ماهیت فیزیکی و شیمیایی آن تغییر کند و به آن موادی اضافه شود که برای استفاده انسان، حیوان و گیاه نامطلوب گردد. به طور کلی آب سالم بدون بو، طعم و رنگ است که تغییر در هر یک از این شاخص‌ها به نوعی سبب آلودگی آب خواهد شد.

فاضلاب همان آب مصرفی است که در نتیجه کاربردهای گوناگون آلوده شده است از نظر منابع تولید، فاضلاب را می‌توان ترکیبی از مایع با فضولاتی دانست که توسط آب از مناطق مسکونی، اداری و تأسیسات صنعتی حمل شده است.

فاضلاب بر اساس منشأ تشکیل، به فلاضلاب‌های شهری، صنعتی، کشاورزی و هرز آب‌های سطحی تقسیم می‌شود. مهم‌ترین تفاوت فاضلاب صنعتی و پساب شهری داشتن مواد و ترکیب‌های سمی با خاصیت خوردندگی زیاد و خاصیت قلیایی و اسیدی در فاضلاب‌های صنعتی است. منظور از تصفیه فاضلاب، بدست آوردن آب پاکیزه از طریق جداسازی آلاینده‌ها از آب آلوده می‌باشد.

تصفیه آب فاضلاب در حالت کلی شامل سه مرحله است:

• مرحله اول: شامل جدا کردن مواد شناور و قابل ته‌نشینی موجود در فاضلاب می‌باشد.
• مرحله دوم: از فرآیندهای شیمیایی و زیست شناختی استفاده می‌شود تا مواد آلی از فاضلاب جدا شود.
• در تصفیه نهایی: با استفاده از واحدهای اضافی عملیات و فرآوری؛ سایر آلاینده‌ها مانند نیتروژن و فسفر که در مرحله قبل به طور کامل جدا نشده‌اند، حذف می‌گردد.

محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردی برای تصفیه فاضلاب هستند که بدون استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت، کیفیت آب را در مقایسه با روش‌هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داد. آخرین مرحله تصفیه، حذف موجودات زنده بسیار ریز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده می‌شود، اما در این صورت حتی پس از تصفیه نیز ترکیبات ارگانیک واکنش می‌دهد و محصولات جانبی تجزیه‌ناپذیر و سمی تولید می‌کند که نمی‌توان آن‌ها را از آب حذف کرد. انتقال این مواد به محیط زیست و استفاده از آن‌ها در کشاورزی و صنایع می‌تواند مشکلات بهداشتی خطرناکی ایجاد کند.

تصفیه فاضلاب به کمک نانو کاتالیزور نوری می‌تواند جایگزین سومین مرحله تصفیه یعنی ضدعفونی با کلر شود تا موجودات زنده ریز به طور همزمان حذف و فاضلاب را به عنوان یک منبع آب مناسب تبدیل کند.

موجودات زنده ریز به طور طبیعی ترکیبات ارگانیک بزرگ را به ذرات کوچکتری تبدیل می‌کنند، اما از آنجایی که این ترکیبات از نظر زیستی تجزیه ناپذیرند، برای تجزیه آن‌ها باید از نوعی انرژی استفاده کنیم. این انرژی از اشعه فرابنفش نور خورشید تأمین می‌شود و به همراه کاتالیزور نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. انرژی آزاد شده از واکنش سلول کاتالیزور نوری می‌تواند موجودات زنده ریز را از میان برده و ترکیبات تجزیه‌ناپذیر را تجزیه کند. این فرآیند به دلیل امکان استفاده مجدد از کاتالیزور‌های نوری، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.

ذرات کاتالیزوری، یا به صورت همگن در محلول پراکنده می‌شوند و یا به صورت ساختارهای غشایی رسوب داده شده، هستند که تجزیه شیمیایی آلاینده‌ها را امکان‌پذیر می‌کنند. با توجه به کاربردها و قابلیت‌های فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب، بسیاری از شرکت‌ها از این فناوری در تصفیه آب و فاضلاب استفاده می‌کنند و به همین دلیل امروزه استفاده از محصولات و تولیدات بر پایه فناوری نانو افزایش یافته است. این محصولات اغلب شامل نانوفیلترها و انواع حسگرهایی است که به منظور تشخیص مواد به ذرات موجود در آب مورد استفاده قرار می‌گیرند.