1958年建成的北京市第三水厂是一座以地下水为水源的水厂，日供水40万吨。由于北京地区的连续干旱，地下水位逐年下降，水质硬度不断增加，造成该厂供水量逐年下降，其日供水能力锐减为扩建前的25万吨。

自2007年开始扩建的北京市第三水厂作为南水北调的配套设施，新建了1座取水泵站；1座日处理能力15万吨的地表水水处理设施，并且采用了“高密度沉淀池”和“臭氧活性炭深度处理”两项新技术，确保了针对不同原水生产出优质的自来水。另外还增加了污泥无害化处理工艺,实现了“节能减排”的目标；新建输水管道5470米。扩建项目历时一年，目前可充分利用南水北调来水，已恢复第三水厂40万吨/日的供水能力，确保了中心城区供水安全，改善了供水水质。

目前，第三水厂是国内第一座同时具备地下水和地表水处理功能的现代化大型水厂。