城市污水處理設備采用的工藝流程主要包括機械處理、生化處理(水線)、污泥處理等工段。由機械處理和生化處理構成的系統(tǒng)屬于二級處理系統(tǒng)，其BOD5和SS去除率可達到 90%～98%。處理效果介于一級和二級處理之間的一般稱為強化一級處理、一級半處理或不*二級處理，主要有高負荷生物處理法和化學法兩大類，BOD5去除率 45%～75%。具有生物除磷脫氮功能的二級處理系統(tǒng)通常稱為深度二級處理。為了去除特定的物質，在二級處理之后設置的處理系統(tǒng)屬三級處理，例如化學除磷，絮凝過濾，活性炭吸附等。

    機械(一級)處理工段包括格柵、沉砂池、初沉池等構筑物，以去除粗大顆粒和懸浮物為目的，處理的原理在于通過物理法實現(xiàn)固液分離，將污染物從污水中分離，這是普遍采用的污水處理方式。機械(一級)處理是所有污水處理工藝流程*工段(盡管有時有些工藝流程省去初沉池)，城市污水一級處理BOD5和SS的典型去除率分別為 25%和 50%。在生物除磷脫氮型污水處理廠，一般不推薦曝氣沉砂池，以避免快速降解有機物的去除;在原污水水質特性不利于除磷脫氮的情況下，初沉池的設置與否以及設置方式需要根據(jù)水質特性和后續(xù)工藝加以仔細分析和考慮，以保證和改善除磷脫氮等后續(xù)工藝的進水水質。
    污水生化處理屬于二級處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機物為主要目的，其工藝構成多種多樣，可分成活性污泥法、生物膜法、生物穩(wěn)定塘法和土地處理法等四大類。

    大多數(shù)城市污水處理廠都采用活性污泥法。生物處理的原理是通過生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機物的分解和生物體的合成，將有機污染物轉變成無害的氣體產(chǎn)物(CO2)、液體產(chǎn)物(水)以及富含有機物的固體產(chǎn)物(微生物群體或稱生物污泥);多余的生物污泥在沉淀池中經(jīng)沉淀法固液分離，從凈化后的污水中除去。
由此可見，污水處理工藝的作用僅僅是通過生物降解轉化作用和固液分離，在使污水得到凈化的同時將污染物富集到污泥中，包括一級處理工段產(chǎn)生的初沉污泥、二級處理工段產(chǎn)生的剩余活性污泥以及三級處理產(chǎn)生的化學污泥。由于這些污泥含有大量的有機物和病原體，而且極易腐bai發(fā)臭，很容易造成二次污染，消除污染的任務尚未完成。污泥必須經(jīng)過一定的減容、減量和穩(wěn)定化無害化處理并妥善處置。污泥處理處置的成功與否對污水廠有重要的影響，必須重視。
    如果污泥不進行處理，污泥將不得不隨處理后的出水排放，污水廠的凈化效果也就會被抵消掉。各種機械處理、生物處理和污泥處理處置技術設備的選擇與不同組合，以及構筑物的設計構成了各種各樣的污水處理廠工藝和工程方案。設計人員的職責在于根據(jù)具體條件和處理水質目標把各種可能性靈活地結合起來，以便形成在經(jīng)濟上合算又具有實用價值的總體處理工藝流程，避免在幾種局部性的定型處理法中簡單比選。