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屬于二級處理系統，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水質特性和后續工藝加以仔細分析和考慮，以保證和改善除磷脫氮等后續工藝的進水水質。
    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、生物穩定塘法和土地處理法等四大類。

    大多數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物(CO2)、液體產物(水)以及富含有機物的固體產物(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生的初沉污泥、二級處理工段產生的剩余活性污泥以及三級處理產生的化學污泥。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。污泥必須經過一定的減容、減量和穩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。