利用土地和其上植物的各种净化功能（包括物理、化学和生化等方面），使污水得到净化的工程措施。它是常年性的污水自然处理系统，属陆生生态系统工程。随着工业化和城市化的迅速发展，污水中污染物的种类日渐增多。即使经过污水二级处理，仍有一些污染物如氮、磷等营养物质和难以生物降解的物质未被去除，需要进行高级处理。而正规的污水高级处理费用很高，难以普遍实施。因此，土地处理系统便作为污水高级处理的代用方法被推广开来，特别适于处理中小城市的污水。该系统由污水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等部分组成。在这个系统中，大都使用生物氧化塘或曝气湖进行二级处理，废水在曝气湖一般停放几天，然后进入沉淀塘和贮水湖，后者在非灌溉期贮存污水，容积按非灌溉期的总污水量确定。

①地表漫流。用喷洒或其他方式将污水有控制地排放到土地上。土地的水力负荷每年为1.5～7.5米。适于地表漫流的土壤为透水性差的粘土和粘质土壤。地表漫流处理场的土地应平坦并有均匀而适宜的坡度（2%～6%），使污水能顺坡度成片地流动。地面上通常播种草以供微生物栖息和防止土壤被冲刷流失。污水顺坡流下，一部分渗入土壤中，有少量蒸发掉，其余流入汇集沟。污水在流动过程中，悬浮固体被滤掉，有机物被草和土壤表层中的微生物氧化降解。这种方法主要用于处理高浓度的有机废水，如罐头厂的废水和城市污水。②低速渗滤（污灌）。通过喷洒或自流将污水有控制排放到土地上以促进植物的生长。污水被植物摄取，并被蒸发和渗滤。灌溉负荷量每年约为0.3～1.5米。灌溉方法取决于土壤类型、作物种类、气候和地理条件。通用的方法有喷灌、漫灌和垄沟灌溉，3种灌溉方式都是间歇性的，可使土壤中充满空气，以便对污水中污染物进行好气生物降解。③高速渗滤。这种方法类似间歇性的砂滤，水力负荷每年约为3.3～150米。废水大部分进入地下水，小部分被蒸发掉。渗水池一般是间歇地接受废水，以保持高渗透率。适于渗透的土壤通常为粗砂，壤砂土和砂壤土。渗滤法是补充地下水的处理方法，并不利用废水中的肥料，这是与灌溉法不同的。

污水中的污染物在土地处理系统中是通过许多种过程去除的，包括土壤的过滤截留，物理和化学的吸附，化学分解和沉淀，植物和微生物的摄取，微生物氧化降解以及蒸发等。

当土壤呈好气状态时，污水中的有机氮经矿化作用转化为NH-N，进而转化为NO-N。NO-N的去向大致与肥料氮相似，即约50%以上为植物吸收利用，25%通过反硝化作用损失，还有一部分以氨的形态挥发或以NO-N形态向土壤下层淋洗甚至流入地下水。在淹水条件下反硝化作用造成氮的损失更大。污水中的磷酸盐通过同土壤中的钙、铝、铁等离子发生沉淀反应，被铁、铝氧化物等吸附和农作物吸收而有效地除去。因此，污水土地处理系统的地下水中含磷浓度一般为0.01～0.1×10^-3克/升。除了纯砂土以外，污水中的磷在0.3～0.6米厚的表土层便几乎被全部去除。

废水中病原微生物包括病原菌，病毒和寄生虫等。土壤对病原微生物是一个有效的过滤器。当污水流过1米至几米厚的土层时，其中的细菌和病毒等几乎可以全部去掉，仅在1厘米厚的表土中微生物的去降率就高达92%～97%。

污水中的BOD（生化需氧量）大部分可在10～15厘米厚的表土中去除。BOD、COD（化学需氧量）和TOC（总有机碳）物理（过滤）去除率为30%～40%。污水中的大多数有机物都能被土壤中需氧微生物氧化降解，但所需的时间相差很大，如污水中的单糖、淀粉、半纤维、纤维、蛋白质等有机物则分解缓慢。如果水力负荷或BOD负荷超过了土壤的处理能力，这些能分解的有机化合物便会积累下来，使土壤孔隙堵塞，发生嫌气过程。如发生这种情况，应减少灌溉负荷，使土壤表层恢复富氧状况，逐渐将积累的污泥和多糖氧化降解掉。