城市污水处理工艺按流程和处理程序划分，可分为预处理工艺，一处理工艺、二级处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，以及污泥处置。
预处理工艺：城市污水处理厂的预处理工艺通常包括格栅处理、泵房抽升和沉砂处理。格栅处理的目的是截流大块物质以保护后续水泵管线、设备的正常运行。泵房抽升的目的是提高水头，常熟污水处理以保证污水可以靠重力流过后续建在地面上的各个处理构筑物。沉砂处理的目的是去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降，防止造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。
一处理工艺：主要是初级沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能地沉降去除，一般初次沉淀池可去除50%左右的悬浮物和25%左右的BOD5。一处理属于二级处理的预处理。
二级处理工艺：主要是由曝气池和二次沉淀池构成，一般固废处理主要目的是通过微生物的新陈代谢将污水中的大部分污染物变成CO2和H2O。曝气池内微生物在反应过后与水一起不断地流入二次沉淀池，微生物沉在池底，并通过管道和泵回送到曝气池前端与新流入的污水混合；二次沉淀池上面澄清的处理水则不断地通过出水堰流出污水厂。
深度处理工艺：是为了满足高标准的受纳水体要求或回用于工业等特殊用途而进行的进一步处理,通用的工艺有混凝沉淀和过滤。深度处理的末端往往还要有加氯要求和接触池。污水处理随着城市社会经济的高水平发展,深度处理是未来发展的需要。
污泥处理工艺：主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或家用填埋。
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