城市污水處理工藝一般根據城市污水的利用或排放去向并考慮水體的自然凈化能力，確定污水的處理程度及相應的處理工藝。處理后的污水，無論用于工業、農業或是回灌補充地下水，都必須符合國家頒發的有關水質標準。

現代污水處理技術，按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理工藝。污水一級處理應用物理方法，如篩濾、沉淀等去除污水中不溶解的懸浮固體和漂浮物質。污水二級處理主要是應用生物處理方法，即通過微生物的代謝作用進行物質轉化的過程，將污水中的各種復雜的有機物氧化降解為簡單的物質。生物處理對污水水質、水溫、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。污水三級處理是在一、二級處理的基礎上，應用混凝、過濾、離子交換、反滲透等物理、化學方法去除污水中難溶解的有機物、磷、氮等營養性物質。污水中的污染物組成非常復雜，常常需要以上幾種方法組合，才能達到處理要求。

污水一級處理為預處理，二級處理為主體，處理后的污水一般能達到排放標準。三級處理為深度處理，出水水質較好，甚至能達到飲用水質標準，但處理費用高，除在一些極度缺水的國家和地區外，應用較少。目前我國許多城市正在籌建和擴建污水二級處理廠，以解決日益嚴重的水污染問題。

污水處理設備去除有機污染物及氨氮主要依賴于設備中的AO生物處理工藝。其中工作原理是在A級，由于污水有機物濃度很高，微生物處于缺氧狀態，此時微生物為兼性微生物，所以A級池不僅具有一定的有機物去除功能，減輕后續好氧池的有機負荷，有機物濃度降低，但仍有一定量的有機物及較高NH3-N存在。為了使有機物得到進一步氧化分解，同時在碳化作用下硝化作用能順利進行，在O級設置有機負荷較低的好氧生物接觸氧化池。在O級池中主要存在好氧微生物及自氧型細菌（硝化菌）。其中好氧微生物將有機物分解成CO2和H2O；自養型細菌（硝化菌）利用有機物分解產生的無機碳或空氣中的CO2作為營養源，將污水中的NH3-N轉化成NO-2-N、NO-3-N，O級池的出水部分回流到A級池，為A級池提供電子接受體，通過反硝化作用最終消除氮污染。

一體化污水處理設備的工藝設計

①選定工藝流程及構筑物形式。 

②曝氣池容積的計算及曝氣池的工藝設計 

③計算需氧量、供氣量以及曝氣系統的計算與設計 

④計算回流污泥量、剩余污泥量與污泥回流系統的設計 

⑤二次沉淀池型的選定與工藝計算、設計。

對生活污水采用活性污泥法處理，已總結了一套較為成熟的設計數據；對于工業廢水則要通過試驗，才能確定一些有關的設計數據。通過試驗提成的資料主要包括下列各項。 

①廢水水質資料，主要是曝氣池進水的有機和毒物的允許濃度、二次沉淀池出水的有機物和毒物的濃度。 

②有毒和有害物質濃度急劇變化對處理效果的影響。 

③水溫對處理效果的影響。 

④曝氣池污泥濃度和污泥回流比 

⑤污泥負荷和曝氣時間。 

⑥有關營養的問題。 

⑦空氣用量或充氧量的資料