Nước thải phát sinh từ các hoạt động của con người như công nghiệp, thương mại, dân dụng và nông nghiệp,... được coi là một nguồn gây ô nhiễm lớn đối với môi trường. Để giảm thiểu tác động tiêu cực và bảo vệ chất lượng môi trường nước, việc xử lý nước thải trước khi thải ra là cần thiết. Quá trình này thường được thực hiện tại nhà máy xử lý nước thải WWTP (Wastewater treatment plants) thông qua quá trình xử lý bùn hoạt tính sinh học. WWTP là một hệ thống lớn, phức tạp, có độ trễ và tính phi tuyến tính, mà trong đó các quá trình sinh lý và sinh hóa bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của lưu lượng nước thải đầu vào.

Tại Việt Nam, tình hình ô nhiễm nước mặt ngày càng trở lên phổ biến do chúng tiếp nhận nước thải không qua xử lý từ các nguồn sinh hoạt, công nghiệp,. Ô nhiễm nước mặt gây nhiều vấn đề như mất vệ sinh và mĩ quan (màu đen, mùi hôi thối), suy giảm chất lượng hệ sinh thái thuỷ sinh (phú dưỡng, độc chất) và từ đó ảnh hưởng đến sinh hoạt và sản xuất của con người. Xử lý ô nhiễm nước mặt đòi hỏi biện pháp quản lý tổng hợp, trong đó ứng dụng các biện pháp sinh thái ngày càng được chú ý.

Ô nhiễm nguồn nước ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn, trong đó ô nhiễm thuốc dệt nhuộm sẽ gây mất mỹ quan và ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái. Crystal violet (CV) là thuốc nhuộm cation được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dệt nhuộm, khi tiếp xúc trực tiếp có thể gây nguy hại cho sinh vật và con người như đột biến, nhiễm trùng máu, và ung thư.

Việt Nam là một trong những quốc gia có tiềm năng về nước mặt thuộc loại cao trên thế giới với mạng lưới sông ngòi dày đặc. Hiện trên cả nước có 108 lưu vực sông với 13 lưu vực sông lớn và quan trọng; 3.140 con sông với khoảng trên 2.300 con sông có chiều dài hơn 10 km. Tổng lượng dòng chảy trung bình hàng năm của nước ta khá lớn, vào khoảng 847 km3.

Hiện nay, nguồn cung cấp nước sạch đang giảm liên tục khiến cho việc thiếu nước sạch trở thành thách thức toàn cầu. Căng thẳng về nước cũng có thể do khí hậu và thiên tai dẫn đến phá hủy hồ chứa nước, suy giảm chất lượng nước sông, ô nhiễm nước ở các sông đô thị do khả năng tự làm sạch tương đối thấp, và xả thải không kiểm soát của các thành phố và nước thải công nghiệp không được xử lý thích hợp. Thống kê cho thấy nhu cầu sử dụng nước sạch trên toàn cầu đã tăng gấp sáu lần trong 100 năm qua và đang tiếp tục tăng với tốc độ khoảng 1%/năm kể từ những năm 1980. Dự báo đến khoảng năm 2030, có khoảng 60 quốc gia lâm vào tình trạng thiếu nước trầm trọng do nhu cầu về nguồn nước của con người sẽ vượt ngưỡng cung tới 40%. Và tới năm 2050, tình trạng thiếu nước sạch được cho là sẽ đe dọa hơn một nửa dân số toàn cầu. Vào năm 2021, hơn 2 tỷ người sống ở các quốc gia bị căng thẳng về nước, dự kiến tình trạng này sẽ trở nên trầm trọng hơn ở một số khu vực do biến đổi khí hậu và tăng trưởng dân số. Vào năm 2022, trên toàn cầu có ít nhất 1,7 tỷ người sử dụng nguồn nước uống bị nhiễm phân. Ô nhiễm vi sinh vật trong nước uống do ô nhiễm phân có nguy cơ lớn nhất đối với an toàn nước uống. Trong khi các rủi ro hóa học quan trọng nhất trong nước uống phát sinh từ asen, florua hoặc nitrat, các chất gây ô nhiễm mới nổi như dược phẩm, thuốc trừ sâu, chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS) và vi nhựa gây ra mối lo ngại cho công chúng.

Dệt may là một trong những ngành tiêu thụ nước nhiều nhất và nước thải đầu ra thường chứa nhiều thuốc nhuộm, các chất hữu cơ, chất rắn hòa tan, muối vô cơ, có nhiệt độ, độ đục và độ mặn cao. Trong số các thành phần phức tạp khác nhau có trong nước thải dệt may, thuốc nhuộm có thể được coi là nguồn ô nhiễm đáng chú ý nhất. Việc xả trực tiếp nước thải dệt nhuộm màu vào các vùng nước ngọt ảnh hưởng xấu đến mỹ quan, độ trong của nước và hàm lượng oxy hòa tan. Ngoài ra, những thuốc nhuộm này có cấu trúc rất phức tạp, trọng lượng phân tử cao và khả năng phân hủy sinh học thấp. Điều này giải thích cho tác động độc hại của nó đối với hệ thực vật và động vật có trong các vùng nước. Hơn nữa, những thuốc nhuộm này có khả năng gây đột biến và gây ung thư. Sự hiện diện của các loại thuốc nhuộm cùng với muối vô cơ, axit, bazơ và các hóa chất còn sót lại khác trong nước thải sẽ cản trở các quá trình xử lý sinh học ở phía sau.

Chất thải rắn đô thị đang trở thành mối quan tâm chính đối với môi trường khi xem xét sự gia tăng dân số, phát triển kinh tế và đô thị hóa trên toàn thế giới. Theo số liệu thống kê của Ngân hàng thế giới, dự đoán tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) trên toàn cầu sẽ tăng lên 3,4*109 tấn vào năm 2050. Tại Việt Nam, đặc biệt tại các đô thị lớn, ước tính tốc độ gia tăng khối lượng CTRSH là 10-16%/năm, trong khi tốc độ thu gom, xử lý tăng trung bình 2%/năm.

Hiện nay, rác thải rắn đô thị (municipal solid waste - MSW) là vấn đề lớn cần giải quyết ở quy mô toàn cầu. Rác thải MSW gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường đất, nước và không khí. Một vấn đề lớn trong đó là rác nhựa theo thời gian và dưới tác động của tia UV từ mặt trời sẽ phân rã thành những mảnh vi nhựa và phát tán ra môi trường nước làm cho các loài thủy sinh vật có nguy cơ bị nhiễm vi nhựa vào cơ thể của chúng. Sinh vật biển nhiễm vi nhựa và ô nhiễm rác thải nhựa đại dương là nguyên nhân lớn gây suy giảm đa dạng sinh học và làm thay đổi cấu trúc và thành phần của hệ sinh thái biển. Một số công nghệ được áp dụng phổ biến cho xử lý rác thải MSW là chôn lấp, tạo phân bón cây trồng, đốt bỏ, đốt có thu hồi năng lượng, tạo ra khí nhiên liệu,…. Xét theo khía cạnh năng lượng, rác thải MSW nói chung và rác thải nhựa nói riêng hiện được xem là nhiên liệu có thể thay thế cho nhiên liệu hóa thạch (than, xăng dầu, và khí đốt), thậm chí rác thải nhựa hiện là mặt hàng xuất nhập khẩu.

Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng làm Trái Đất nóng lên, kết quả của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữa Trái Đất với không gian xung quanh, sự gia tăng nồng độ các khí nhà kính (CO2, CH4, CFC, SO2, hơi nước, ...) làm dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của khí quyển Trái Đất, nó sẽ gây ra rất nhiều hậu quả. Khí CH4 với lượng phát thải thấp hơn khí CO2 nhưng có khả năng giữ nhiệt cao gấp 25 lần so với CO2 và đang tăng lên trong không khí mỗi năm 0.6%. Phát thải methane từ các quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ diễn ra ở nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ đất canh tác, đất rừng, đất ngập nước đến trầm tích các thủy vực, trầm tích biển,… Bên cạnh đó, con người cũng đóng góp vào nguồn phát thải khí methane vào khí quyển, gồm các hoạt động sản xuất công nghiệp (chưng cất than đá, khai thác dầu mỏ), nông nghiệp (chất thải chăn nuôi, dạ dày của các loài nhai lại, canh tác lúa nước, …) và các quá trình phân hủy chất thải hữu cơ (đốt sinh khối, bãi chôn lấp rác). Hoạt động sản xuất nông nghiệp là nguồn gây phát thải lượng khí nhà kính lớn nhất và được dự báo tiếp tục tăng trong những năm tiếp theo. Đặc biệt là canh tác lúa ngập nước gây phát thải trên 57% lượng khí nhà kính của cả ngành do phát thải lớn khí Methane. Dân số ngày càng tăng dẫn đến việc trồng lúa nước cũng sẽ tăng 60% trong vòng 03 thập kỉ tới. Do đó, việc giảm thải CH4 từ việc trồng lúa nước là vô cùng quan trọng để giảm thiểu biến đổi khí hậu.

Đô thị hóa nhanh chóng đã tạo ra một thách thức cho chính phủ ở các nước đang phát triển và Việt Nam cũng nằm trong số đó. Kể từ khi chính sách đổi mới được đưa ra vào năm 1986, Thành phố Hồ Chí Minh, đã trải qua quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh nhất ở Việt Nam. Hệ quả đi kèm là mật độ dân số tại Thành phố Hồ Chí Minh rất cao - 4,385 người/Km2 trong năm 2019. Nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở, các khu đô thị, tòa nhà, chung cư đi vào vận hành với số lượng lớn.