W oczyszczalni oczyszczane są ścieki zanieczyszczane substancjami organicznymi. Koncentrację ścieków przedstawiają wartości BZT₅ i ChZT. Główną część zanieczyszczeń stanowią rozpuszczalne i zawiesinowe substancje w ilości około 70%. Pozostałe występują w formie substancji nie rozpuszczalnych. Następną grupę zanieczyszczeń stanowią siarczany i pochodne oraz zanieczyszczenia fosforem.

Komórka Sphaerotilus natans z pękiem wici.

Część substancji ulega biologicznemu rozkładowi. Przy biologicznym rozkładzie substancji organicznych substancje te rozkładają również zawiesiny organiczne. W pierwszej fazie uwalnia się amoniak, który jest ściśle określonym składnikiem ścieków. Amoniak przy prawidłowym przebiegu procesu biologicznego w sposób biologiczny wpływa na mniej niebezpieczne związki azotu (proces nitryfikacji). W związku z tym, że nie są one w oczyszczonych ściekach pożądane redukuje się je do nieszkodliwego azotu, który uwalnia się z wody i uchodzi do atmosfery (proces denitryfikacji). 

Rozkład substancji organicznych i nitryfikacja przebiega w obecności tlenu rozpuszczonego; dla nitryfikacji występuje deficyt tlenu. Przy oczyszczaniu biologicznym, bakterie sklejają się w kłaczki, które tworzą osad czynny. Ponieważ następuje przyrost osadu zachodzi konieczność usuwania go z układu jako nadmiernego. Aby osad ten nie gnił i nie stwarzał zagrożenia higienicznego musi być stabilizowany tzn. nie może zawierać większej proporcjonalnie ilości dobrze rozkładających się substancji organicznych. Stabilizacja osadu przebiega przy niskim stosunku substancji organicznych na jednostkę objętości komór napowietrzania. Osad może być stabilizowany przez fermentację beztlenową w komorach. Musi on występować w dostatecznej ilości, aby proces gnicia osiągnął ostatecznie fazę rozkładu metanowego, po której osad jest bez zapachu. 

Bakterie Epistylis sp.

Stabilizowany powietrzem osad łatwiej jest pozbawić wody i minimalizować jego objętość. Osad ten można użyć do nawożenia jako dodatek do kompostu lub składować na składowisku osadów. Oczyszczanie ścieków w miejskiej oczyszczalni przebiega w kilku fazach. Dopływające ścieki najpierw pozbawiane są większych unoszonych zanieczyszczeń na kratach mechanicznych. Przechwycone skratki są największymi i najgrubszymi zanieczyszczeniami ścieków. Są higienicznie bardzo szkodliwe. Należy je odwodnić i zlikwidować na składowisku odpadów. W zależności od potrzeb składowanie skratek należy higienicznie zabezpieczyć i jednocześnie spowodować ich rozkład poprzez posypywanie wapnem chlorowanym. 

Na kratach z całego organicznego zanieczyszczenia usuwa się od 5 do 10 %. Niesiony piasek w ściekach zatrzymywany jest w napowietrzonym piaskowniku. Przy napowietrzaniu ścieki w łapaczu piasku nabierają spiralnego ruchu, ziarna piasku trafiają na ściany piaskownika, piasek traci prędkość i osadza się na dnie łapacza. W ten sposób mechanicznie oczyszczone ścieki prowadzone są do biologicznej części oczyszczania, które składają się z komór napowietrzania i osadników wtórnych. Komory napowietrzania tworzą dwa równolegle połączone zbiorniki, które są napowietrzane systemem drobnopęcherzykowym. Gwarantuje to dostateczny dopływ tlenu do tego, aby bakterie mogły dokonać rozkładu związków organicznych. 

Bakterie Vorticella sp.

Bakterie rozmnażają się i stopniowo przylegają do kłaczków, które tworzą osad czynny, eksploatacyjne stężenie osadu czynnego w komorach napowietrzania waha się od 2-4 kg/m³ tj. 0,2-0,4%. Aby nie dochodziło do osadzania się osadu czynnego potrzebna jest dostateczna prędkość przepływu ścieków, która osiągalna jest przez mieszadła śmigłowe w komorach napowietrzania w trakcie przebiegu biochemicznego rozkładu substancji organicznych oraz nitryfikacji. Intensyfikowanie aeracji jest tak stopniowane, aby koncentracja tlenu w części przedniej komór wynosiła od 1-3 mg / l , a w dalszej części wytworzył się deficyt tlenu umożliwiający redukcję wytworzonych związków azotu denitryfikację. 

Osad czynny oddziela się od oczyszczonych ścieków sedymentacją w dwóch okrągłych osadnikach wtórnych. Z nich ścieki oczyszczone przelewają się przez przelew do koryta przelewowego i do rzeki. Osad na dnie w osadnikach wtórnych zgarnia się do studni centralnej, gdzie po zagęszczeniu przepompowuje się z powrotem do komór napowietrzania. Stężenie powrotne osadu wynosi od 6-12 kg/m³ tj. 1 %. Określoną część osadu z procesu oczyszczania usuwa się jako nadmierny. Ponieważ na dnie osadników wtórnych osad zagęszcza się częściowo należy zagęścić dodatkowo w zagęszczaczach osadu. Tutaj osad jest wolno mieszany, przez co z osadu wyciskana jest woda i wydostają się cząsteczki gazu. 

Bakterie Aspidisca sp.

Woda z odcieku wraca do procesu oczyszczania, a zagęszczony osad odwadniany jest mechanicznie, część osadu, który się odwadnia może być przejściowo składowana w komorach składowania. Dla procesu oczyszczania korzystniejsze jest natychmiastowe odwadnianie i obróbka osadu nadmiernego, gdyż zawiera znaczne ilości azotu i fosforu. Dopóki osad jest składowany wskazane jest, aby proces przebiegał w fazie metanowej. Dla metanowego procesu wygnicia osadu potrzebny jest czas składowania około 150 dni, na co nie pozwala objętość komór składowania. Z tego powodu wskazana jest obróbka osadu bezpośrednio z zagęszczaczy osadu. Objętość zagęszczaczy osadu wystarcza dla powtórnego zagęszczenia osadu wypuszczonego z komór składowania. Do zagęszczania może dochodzić w czasie składowania osadu, gdy beztlenowym rozkładem można usunąć część substancji organicznych z osadu i uwolnić wodę. Wodę tą można wypuszczać za pomocą strefowych rur w komorach składowania. Świeży, grawitacyjnie zagęszczony osad z zagęszczaczy lub zagęszczony osad po składowaniu ma koncentrację substancji nierozpuszczalnych 2-3 % . Oznacza to znaczną ilość ciekłego osadu. 

Wrotek Rotifer dp. w klaczkach osadu czynnego.

W celu dalszego obniżenia ilości osadu wykonuje się mechaniczne odwadnianie na prasie filtracyjno-taśmowej. Sucha masa osadu odwodnionego wynosi od 15 do 20 % . Lepiej jednak odwadnia się osad świeży. W obu przypadkach konieczne jest przy zagęszczaniu polepszyć możliwości odwadniania osadu przez dodawanie polielektrolitu. Optymalną dawkę i rodzaj ustala się w warunkach eksploatacyjnych. Nie wykluczone jest , że konieczne będzie używanie innego polielektrolitu dla świeżego osadu , a innego dla zagęszczonego.