污水经沉淀池、全自动过滤器、反冲洗过滤器或自清洗过滤器等装置处理后，可以去除悬浮的不可溶的固体杂质，但是对于溶于水的物质及有机物等的去除微乎甚微，为了达到去除有机物的目的，我们必须在水处理工艺中引用二、三级处理。
污水生化处理属于二级处理，可以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，其工艺形成多种多样，可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2/O法、SBR法、氧化沟法、稳固塘法、运动场处置法等多种处理方法。日前大多数城市污水处理厂都采用活性污泥法。
生物处理的原理是通过生物作用，尤其是微生物的作用，实现有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物改变成无臭味的气体产物（CO2）、液体产物（H2O）以及富含有机物的固体产物（微生物群体或称生物污泥）；过剩的生物污泥在沉淀泥中经沉淀池固液分离，从污染后的污水中除去。
在污水生化处理过程中，影响微生物活性的因素可分为基质类和环境类两大类；一、其质类包括养分物质，如以碳元素为主的有机倾倒物即碳源物质、氮源、磷源等营养物质，以及铁、锌、锰等微量元素，另外，还包括一些有毒有害化学物质如酚类、苯类等化合物、也包含一些重金属离子如铜、镉、铅离子等。二、环境类影响因素主要有：①.温度。 温度对微生物的影响是很广泛的，尽管在高温环境（50℃-70℃）和低温环境中（-5℃-0℃）也活泼着某些类的细菌，但污水处理中绝大部分微生物最适宜生长的温度范围是20-30℃。在合适的温度范围内，微生物的生理运动茂盛，其活性随温度的增高而加强，处理后果也越好。超越此范围，微生物的活性变差，生物反映过程就会受影响。普通的，把持反应过程的最高跟最低分别为35℃和10℃。②.PH值。活性污泥体系微生物最适宜的PH值范畴是6.5-8.5，酸性或碱性过强的环境均不利于微生物的生成和成长，重大时会使污泥絮体受到损坏，菌胶团崩溃，处理效果急剧恶化。③.溶解氧。对好接生物一说，坚持混合液中必定浓度的溶解氧至关重要。当环境中的溶解氧高于0.3mg/L，濒临于零时，兼性菌则转入厌氧呼吸，绝大部分好氧菌基本结束呼吸，而有部分好氧菌（多数为丝状菌）还可能生长良好，在系统中盘踞上风后常导致污泥膨胀。一般的，曝气池出口处的溶解氧以保持2mg/L左右为宜，过高则增添能耗，经济上不合适，在所有影响因素中，基质类因素和PH值决定于进水水质，对这些因素的节制，主要靠日常的监测和有关条例、法规的严厉履行。对正常城市污水而言，这些因素大都不会构成太大的影响，各参数基本能保持在恰当规模内。温度的变更与气象有关，对万吨级的城市污水处理厂，特殊是采用活性污泥工艺时，对温度的控制难以实行，在经济上和工程上都不是非常可靠的。因此，一般是通过设计参数的适当选取来满足不同温度变化的处理要求，以达到处理目标。因此，工艺掌握的主要目标就落在活性污泥污泥自身以及可通过调控手腕来转变的环境因素上，控制的主要义务就是采用适合的办法，克服外界因素对活性污泥系统的影响，使其能连续稳定地施展作用。实现对生物反应系统的过程控制症结在于控制对象或控制参数的选取，而这又与处理工艺或处理目标密切相关。前已述及溶解氧是生物反应类型和过程中一个十分重要的参数，它能直观且比较敏捷地反应出全部系统的运行状态，运行治理便利，仪器、仪表的装置及保护也较简略，这也是近十年我国新建的污水处理厂基本都实现了溶解氧现场和在线监测的起因。
三级处理是对水的深度处理，它将经由二级处理的水进行脱氮、脱磷处理，用活性炭吸附法或反渗透法等去除水中的剩余污染物，一般在进入反渗透或活性炭之前还需要一道全自动过滤器、自清洗过滤器或反冲洗过滤器过滤工艺，以保证膜的运行，并用臭氧或氯消灭细菌和病毒，而后将处理水送入中水道，作为冲刷厕所、喷洒街道、灌溉绿化带、工业用水、防火等水源。由此可见，污水处理工艺的作用仅仅是通过生物降解转化作用和固液分离，在使污水得到净化的同时将污染物富集到污泥中，包括一级处理工段发生的初沉污泥、二级处理工段产生的残余活性污泥以及三级处理产生的化学污泥。由于这些污泥含有大量的有机物和病原体，而且极易腐朽发臭，很容易造成二次污染，打消污染的任务尚未完成。污泥必须经过一定的减容、减量和稳定化无害化处理并妥当处理。污染处理处置的胜利与否对污水厂有重要的影响，必须器重。如果污泥不进行处理，污泥将不得不随处理后的出水排放，污水厂的净化效果也就会被对消掉。所以在实现的应用过程中，污水处理过程中的污泥处理也是相当重要的。