为了生产出可以安全排放到河道的清洁污泥污水，污泥污水处理厂的运营使用三到四个不同的处理阶段去除有害污染物，每个阶段都模拟和加速自然界发生的过程。
　　
　　初步废水处理通过筛网和其他过滤装置提取粗固体和粗砂，这些粗糙材料并未纳入生物固体中，主要废水处理通常涉及重力沉降筛分废水以去除沉降固体。一半悬浮在废水中的固体通过初级处理被除去。来自这个过程的残留物质是一种称为初级污泥的浓缩悬浮液，其将进一步处理成为生物固体。
　　
　　二次废水处理是通过生物过程来完成的，该过程去除可生物降解的材料。该处理过程使用微生物消耗溶解和悬浮的有机物质，产生二氧化碳和其他副产物。有机物质还提供维持微生物群落所需的营养物质。随着微生物的进料，它们的密度增加，它们沉淀到处理池的底部，与称为二次污泥，生物污泥，废活性污泥或滴滤式腐殖质的浓缩悬浮液分离。
　　
　　当需要极高质量的流出物时，例如直接排放到饮用水源，使用高等级或高级处理。通过三级处理收集的固体残余物主要包括添加化学物质以清洁^终的污泥污水，这些污泥污水在排放之前回收，因此不会掺入生物固体中。