城市的發展必然會帶動居住人口的不斷增加，人口的增加所產生的生活汙水自然也會越來越多，這種情況下，汙水處理便迫在眉睫。
隨著水汙染受到的關注越來越多，汙水處理行業得以迅速發展，同時，汙水處理系統的機械化自動化程度也不斷提高，汙水處理系統使用的設備越來越多，越來越複雜。
汙水處理按處理方法性質可分為：
1）物理方法：格柵過濾、沉澱法、浮選法、離心分離、膜分離法等
2）化學方法：混凝、化學沉澱、中和、萃取、氧化還原、電解等
3）生物方法：好氧、厭氧法
汙水處理按不同處理程度和處理任務可分為：
1）一級處理：機械處理
2）二級處理：主體工藝為生化處理
3）三級處理：控制富營養化和重新回用的深度處理
其中一級處理：是去除汙水中影響二級生物處理正常運轉的雜物的過程，主要包括去除汙水中的漂浮物及懸浮狀態的汙染物、調整pH值和其他減輕汙水的腐化程度及後處理工藝負荷的過程。一級處理是二級生物處理的預處理過程，只有一級處理出水水質符合要求，才能保證二級生物處理運行平穩，進而確保二級出水水質達標。針對不同汙水中存在的不同汙染物，應實施與之相對應的一級處理工藝。比如酸鹼汙水應當採取中和處理，含鹽汙水應當採取離子交換、電解或膜法處理，對超高濃度有機汙水就應當採取萃取法處理。
一級處理常用的設備有格柵、篩網、破碎機、柵渣脫水機、柵渣打包機與各種刮吸泥設備。
二級處理主要設備有各式鼓風機、表面機械曝氣設備、空氣擴散器、純氧曝氣裝置、生物濾塔、生物轉盤、生物接觸氧化塔、生物流化塔、填料等。
三級處理主要處理設備有活性炭吸附設備、離子交換設備、膜分離設備、絮凝設備、消毒設備、強氧化設備等。
與汙水處理廠配套汙泥處理和處置設備有：汙泥脫水設備、汙泥厭氧與沼氣利用設備、汙泥堆肥設備和汙泥制肥設備等。
整個過程為通過粗格刪的原汙水經過汙水提升泵提升後，經過格刪或者篩濾器，之後進入沉砂池，經過砂水分離的汙水進入初次沉澱池，以上為一級處理(即物理處理)。
1、格柵
格柵是汙水一級處理的第一道工序，汙水泵站中最主要的輔助設備，去除可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大懸浮物，並保證後續處理設施能正常運行。格柵一般由一組（或多組）平行的柵條組成，傾斜安裝在進水的渠道裡，或進水泵站集水井的進口處，以攔截汙水中粗大的懸浮物及雜質。其傾斜角度為60°~80°。格柵後應設置工作檯，工作檯一般應高于格柵上遊最高水位0.5m。對於人工清渣的格柵，其工作檯沿水流方向的長度不小於1.2m，機械清渣的格柵，其長度不小於1.5m，兩側過道寬度不小於0.7m。
格柵的種類很多，有臂式，鏈條式，鋼繩式，迴轉式等，其中汙水處理中常用的格柵為迴轉式格柵。
分類：按形狀可分為平面格柵、曲面格柵；按柵條的間隙分為粗格柵（50~100mm）、中格柵（10~40mm）、細格柵（1.5~10mm）三種。
2、汙水提升泵房
進入汙水處理廠的汙水經過粗格刪進入汙水提升泵房，之後被汙水泵提升至沉砂池的前池。汙水提升泵房其作用主要是將上遊來水提升至後續處理單元所要求的高度，使其實現重力自流。它的工作特點是它所抽升的水是不乾淨的，一般含有大量的雜質，而且來水的流量隨時都在變化。
汙水泵房的基本組成包括：機器間、集水池、格柵、輔助間。機器間內設置水泵機組和有關的附屬設備。
分類：
按水泵啟動前能否自流充水分為自灌式泵房和非自灌式泵房。
按泵房的平面形狀，可以分為圓形泵房和矩形泵房。
按集水池與機器間的組合情況，可分為合建式泵房和分建式泵房。
按照控制的方式又可分為人工控制、自動控制和遙控3類。
3、沉砂池
汙水在遷移、流動和匯集過程中不可避免會混入泥砂。汙水中的砂如果不預先沉降分離去除，則會影響後續處理設備的運行。最主要的是磨損機泵、堵塞管網，幹擾甚至破壞生化處理工藝過程。沉砂池主要用於去除汙水中粒徑大於0.2mm，密度大於2.65t/立方米的砂粒，以保護管道、閥門等設施免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎，故應控制沉砂池的進水流速，使得比重大的無機顆粒下沉，而有機懸浮顆粒能夠隨水流帶走。
沉砂池主要分類有：平流沉砂池、曝氣沉砂池、旋流沉砂池等。
曝氣式沉砂池：由於曝氣作用，廢水中有機顆粒經常處於懸浮狀態，砂粒互相摩擦並承受曝氣的剪切力，砂粒上附著的有機汙染物能夠去除，有利於取得較為純淨的砂粒。在旋流的離心力作用下，這些密度較大的砂粒被甩向外部沉入集砂槽，而密度較小的有機物隨水流向前流動被帶到下一處理單元。另外，在水中曝氣可脫臭，改善水質，有利於後續處理，還可起到預曝氣作用。
涉及主要設備：曝氣池、水泵、流量計、水箱、電控箱、管道及閥門、不鏽鋼支架。
優點：沉澱下來的砂粒清潔，含有有機汙染物的量低於5%；具有預曝氣、脫臭、防止汙水厭氧分解、除泡作用，加速汙水中油類的分解。
缺點：沉砂中夾雜有15%的有機物，使後續處理增加難度，影響環境。
平流式沉砂池：原理與平流式沉澱池相仿，針對含顆粒物質較多的高濁度水，其作用是通過降低入水的一部分濁度，以便減小後續處理步驟的負荷，改善後續步驟的處理效果。
涉及主要設備：吸砂機、曝氣風機
優點：因構造簡單，除砂效果較好，加之除砂設備國產化率較高已成為我國建成城市汙水廠沉砂池的主要池型。
缺點：佔地面積太大，使用較長時間時，汙泥沉積抽泥不方便，必須增加曝氣管，邊曝氣邊抽泥。
旋流式沉砂池：是利用機械力控制水流流態與流速、加速沙粒的沉澱並使有機物隨水流帶走的沉砂裝置。具有佔地省、除砂效率高、操作環境好、設備運行可靠等特點，但對水量的變化有較嚴格的適用範圍，對細格柵的運行效果要求較高。其關鍵設備為國外產品，價格很高，故該池型在國內普及為時尚早。
涉及主要設備：電機、減速器、傳動軸、葉輪、曝氣系統
優點：沉砂效果好去除水源中無機物沙礫尤為顯著，效率高、佔地小、耗能低、運行穩定 、維護管理方便正逐漸取代前兩種。
缺點：現階段使用情況下，暫無發現明顯缺點。
4、調節池
為了保證後續處理構築物或設備的正常運行，需對汙水的水量和水質進行調節；酸性汙水和鹼性汙水在調節池內進行混合，可達到中和的目的；短期排出的高溫汙水也可用調節的辦法來平衡水溫。
無論是工業廢水，還是城市汙水和生活汙水，水量水質在一日24小時內都有變化，一般認為，對大、中型城市汙水處理廠而言，因其服務區域大，區域內住宅、商店、辦公樓、機關等不同類型建築物的排水變化規律不同，有互補作用，再加上汙水管網對水量水質的均衡作用，所以城市汙水處理廠不設調節池，調節池主要在工業廢水處理站內作為均衡水量和水質的預處理構築物而被大量應用。
5、初次沉澱池
初次沉澱池是汙水處理中第一次沉澱的構築物，主要用以降低汙水中的懸浮固體濃度。用於一級處理的沉澱池，通稱初次沉澱池。初次沉澱池與二次沉澱池的區別在於初次沉澱池一般設置在汙水處理廠的沉沙池後、曝氣池之前，而二次沉澱池一般設置在曝氣池之後、深度處理或排放之前。初次沉澱池是一級汙水處理廠的主體構築物，或作為二級汙水處理廠的預處理構築物設在生物處理構築物的前面。
初沉池的主要能耗設備是排泥裝置，比如鏈帶式刮泥機，刮泥撇渣機，吸泥泵等，但由於排泥周期的影響，初沉池的能耗是比較低的。
初次沉澱池的主要作用包括：
1）去除廢水中密度較大的固體懸浮顆粒，減輕後續處理設施的負荷；
2）使細小的懸浮顆粒絮凝成較大的顆粒，強化了固液分離效果；
3）對膠體物質有一定的吸附去除作用；
4）有些廢水處理工藝會將部分二次沉澱池的汙泥回流到初次沉澱池，通過二沉汙泥的生物絮凝作用可吸附更多的溶解性和膠體態有機物，提高初次沉澱池的去除效率。
按照池內水流方向的不同，初次沉澱池可分為平流式沉澱池、豎流式沉澱池、輻流式沉澱池和斜板斜管沉澱池。
幾種沉澱池比較：
（1）平流式池：構造簡單，沉澱效果較好，但佔地面積較大，排泥存在的問題較多，目前大、中、小型汙水處理廠均有採用；
（2）豎流式池：佔地面積小，排泥較方便，且便於管理，然而池深過大，施工困難，造價高，因此一般僅適用於中小型汙水處理廠使用；
（3）輻流式池：最適宜於大型水處理廠採用，有定型的排泥機械，運行效果較好，但要求較高的施工質量和管理水平；
（4）斜流式池：主要適用於初沉池，在給水處理中應用較廣，沉澱效率高，停留時間短，佔地少，缺點是容易滋生藻類等，排泥困難、易堵塞，維護不便。
（5）氣浮：氣浮法又稱為浮選法，它是在汙水中通入空氣，產生微小氣泡作為載體，使汙水中的乳化油、微小懸浮物等汙染物黏附在氣泡上。利用氣泡的浮升作用上浮到水面，通過收集水面上的泡沫或浮渣達到分離雜質、淨化汙水的目的。