Trong đề án định hướng cải tạo, nâng cấp sông Tô Lịch trình Ủy ban Nhân dân thành phố Hà Nội phê duyệt, Sở Tài nguyên-Môi trường thành phố đề nghị việc thí điểm thu gom, xử lý nước thải trên một đoạn sông Tô Lịch. Theo đề án, từ nay đến năm 2010, Sở Tài nguyên-Môi trường xây dựng trạm xử lý nước thải quy mô nhỏ và hệ thống thu gom đảm bảo thu gom nước thải,
kết hợp với việc xử lý bề mặt và nạo vét thường xuyên để cải thiện chất lượng nước cho một đoạn sông.
Dự kiến khu vực được lựa chọn là từ đầu nguồn sông Tô Lịch (tại cửa điều tiết nối với Hồ Tây) đến điểm hợp lưu với sông Lừ (địa phận xã Hoàng Liệt). Nước sau xử lý sẽ trả lại sông để pha loãng độ ô nhiễm hoặc dùng làm nước vệ sinh, tưới cây và phun vườn hoa khu vực xung quanh.
Đối với các cửa xả trung bình có đường kính từ 300 -1.500mm sẽ khảo sát cụ thể để thu gom tập trung từng đoạn chuyển về trạm xử lý nước thải kết hợp với hệ thống thu gom để xử lý như các cửa xả lớn.
Đối với các nguồn thải dân sinh có đường kính của xả nhỏ hơn 300mm chưa được thu gom tập trung, trước mắt vẫn cho chảy trực tiếp vào sông và tự làm sạch một phần theo dòng chảy. Các đơn vị chức năng sẽ sử dụng hóa chất, hoạt chất, chế phẩm để xử lý nước bề mặt theo từng đoạn hoặc theo từng cống xả chính, đồng thời tiến hành nạo vét thường xuyên.
Tuy nhiên, đây chỉ là giải pháp tình thế để có thể xử lý, phục hồi, làm sạch tạm thời chất lượng nước sông Tô Lịch trong thời gian ngắn, phạm vi nhỏ, chuẩn bị cho việc xây dựng và triển khai các phương án cải tạo lâu dài.
Từ nhiều năm nay, chất lượng nước sông Tô Lịch của thành phố Hà Nội đang ngày càng suy giảm, lưu lượng nước thải đổ vào sông ngày càng lớn do quá trình phát triển và mở rộng của đô thị.
Bình quân mỗi ngày sông Tô Lịch phải tiếp nhận trên 150.000 m3/ngày đêm nước thải sinh hoạt hòa lẫn nước công nghiệp, tập trung ở khu vực Thượng Đình, Cầu Bươu và hàng trăm cơ sở sản xuất lớn nhỏ xen kẽ trong khu dân cư.
Chất lượng nước sông Tô Lịch đang bị ô nhiễm ở mức báo động với các chỉ số vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần. Sông Tô Lịch thực sự trở thành một dòng sông "chết", nước không thể sử dụng dùng cho sinh hoạt, sản xuất, trồng trọt.