هوادهی در فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب برای رساندن اکسیژن به میکروارگانیسم‌های مسئول اکسیداسیون بیولوژیکی مواد کربنی و آمونیاک استفاده می‌شود. فرآیندهای هوازی برای کاهش اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD)، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)، نیتروژن کل Kjeldahl (TKN) و آمونیاک از آب استفاده می شود. یکی از پارامترهای کنترل اساسی در فرآیندهای هوازی، اکسیژن محلول (DO) است. بسیاری از فرآیندهای تصفیه به دلیل بارگذاری بیش از حد، عملکرد ضعیف سیستم های هوادهی یا طرح های قدیمی فاقد DO کافی هستند. سطوح پایین DO باعث رشد باکتری‌های رشته‌ای می‌شود که می‌توانند باعث اختلال در فرآیند مربوط به حجیم شدن لجن و کف‌کردن آن شوند. علاوه بر این، سطوح DO پایین می‌تواند منجر به راندمان ضعیف درمان شود و منجر به نقض احتمالی تخلیه شود. افزودن ظرفیت هوادهی اضافی می تواند پیچیده و پرهزینه باشد. با این حال، افزودن نانوحباب‌ها را می‌توان برای تکمیل سیستم‌های هوادهی ضعیف با اعمال DO در دسترس بیولوژیکی دقیقاً در جایی که برای پشتیبانی از فرآیند بیولوژیکی به روشی سریع، مقرون‌به‌صرفه و مدولار مورد نیاز است، استفاده کرد.

بیوراکتورهای غشایی (MBR) به طور گسترده در تاسیسات صنعتی برای ارائه پیش تصفیه فاضلاب قبل از تخلیه به سیستم جمع آوری استفاده شده است. یکی از مزایای سیستم MBR این است که درجه بالایی از درمان را در یک ردپای فشرده ارائه می‌کند، تا حدی به این دلیل که در غلظت‌های بالای جامدات معلق مشروب مخلوط (MLSS) از 8000 تا 18000 میلی‌گرم در لیتر کار می‌کند. مشکل رایجی که در MBR های صنعتی با آن مواجه می شود، ناتوانی در حفظ سطح اکسیژن محلول هدف (DO) در طول رویدادهای اوج بارگذاری است. این امر تا حدی به ماهیت پساب صنعتی نسبت داده می‌شود که معمولاً از نظر کیفیت و جریان آب ناسازگار است و در نتیجه دوره‌هایی با بار ورودی کم و به دنبال آن بارگیری با نفوذ بالا ایجاد می‌شود. این تغییر چشمگیر در بارگذاری ممکن است باعث افزایش ناگهانی نرخ جذب اکسیژن در حوضه هوادهی شود و بلافاصله پس از آن کاهش مداوم DO ایجاد شود. اگر سیستم انتقال اکسیژن با تامین DO مورد نیاز برای پشتیبانی از سیستم بیولوژیکی قادر به بازیابی نباشد، حذف BOD در سراسر MBR کاهش می یابد. مخارج سرمایه ای مورد نیاز برای گسترش یا ارتقاء یک سیستم هوادهی کم اندازه می تواند قابل توجه باشد، اغلب بدون بازگشت سرمایه در طول عمر مفید مورد انتظار تجهیزات. با این حال، استفاده از نانوحباب ها در تصفیه فاضلاب، هوادهی مکمل مقرون به صرفه را برای MBR ها فراهم می کند.