Kloakkvann og vann fra husholdninger og industri kan ikke gå urenset ut i vann og vassdrag. Kloakk er væske kontaminert med ekskrementer og urin fra mennesker og dyr. Kloakk (svartvann) inneholder organiske og uorganiske stoffer og sykdomsfremkallende organismer. Gråvann kommer fra koking, vasking, og bading. Vann fra industri og forskningslaboratorier kan inneholde giftige substanser.
Koliforme bakterier brukes som indikatororganismer på at vann er forurenset med avføring (fesces) fra dyr og/eller mennesker. En vanlig definisjon på koliforme bakterier er Gram-negative bakterier i familien Enterobacteriaceae, som er aerobe eller fakultativt aerobe, som kan fermentere laktose (melkesukker) og gi gassutvikling og syrer. Koliforme bakterier er stavformete og danner ikke sporer. De fleste av de koliforme bakteriene er vanlige tarmbakterier (enteriske) med karakteristiske arter som Escherichia coli (E.coli) , Citrobacter, Enterobacter og Klebsielle pneumoniae. Enterobacter aerogenes er en ikke-enteriske bakterie, men den hører med til de koliforme pga. fermenteringsegenskapene. Koliforme bakterier er en del av den naturlige tarmfloraen, men under noen betingelser kan spesielle bakteriestammer gi alvorlige infeksjoner hos barn og eldre.
Innhold av koliforme bakterier testes ved at en bestemt mengde vann membranfiltreres for å fjerne bakterier. Filtrene legges på overflaten til f.eks. en eosin-metylenblått agar som er selektiv for koliforme bakterier, samt oksidasetest. Gram-negative stavformete bakterier som viser negativ oksidasetest hører med til Enterobacteriaceae. Disse mangler cytokrom c oksidase og kan ikke bruke oksygen som terminal akseptor for elektroner. Positiv oksidasetest indikerer Pseudomonas, Vibrio eller Aeromonas, og disse innholder cytokrom oksidase eller indofenoloksidase.
Målet med kloakkrensing er å redusere innholdet av organisk og uorganisk materiale og sykdomsfremkallende organismer. Rensingen reduserer BOD (biochemical oxygen demand) som er relativ mengde oppløst oksygen som trengs av mikroorganismer for å oksidere alt organisk og uorganisk materiale i vannprøven. Første trinn ved rensingen er å fjerne mekaniske gjenstander gjennom gittere og filtere. Deretter sedimenteres større partikler i flokkuleringsbassenger. Anoksisk fermentering gir hydrogen, karbondioksid, fettsyrer, acetat, og metanogene bakterier gir metan. Metan kan samles opp og brukes som biobrensel. Zoogloea ramigera er viktige filamentøse bakterier i kloakkrenseanlegg. Virus som spres med vann hepatitt A virus, Norwalk-virus, og poliovirus. Klor brukes til desinfisering av vann. Klor dreper mikroorganismer og reagerer med organiske stoffer. Noen patogene protozooer som Cryptosporidium parvum og Giardia lamblia drepes ikke av klor i renseanlegget for drikkevannet. Giardia lamblia er en ciliat eller zooflagellat som lever i tarmen til dyr og mennesker, og spres med cyster i avføringen. Ozon, ultrafiolett stråling og sandfiltere kan benyttes til rensing av drikkevann.