污水厂经过粗细格栅、污水提升泵、调节池（可前可后）、除砂池、初沉池这样一个预处理阶段后，主要完成了几个工作：
1、物理去除污水中漂浮杂质；
2、污水提升至一定的高度，保持污水厂的后续处理的自重流；
3、去除污水中大于0.2mm的无机颗粒物质；
4、部分去除污水中的无机物及有机污染物。
这些工作分别对应着污水厂的预处理阶段不同的处理构筑物，对于运行管理人员来说，需要了解预处理段的具体作用，每个处理构筑物的工艺功能有没有得到合理的发挥，这也是工艺巡视人员每班进行巡视的主要关注点，通过日常巡视，发现处理构筑物的实际运行情况，如果未能满足预处理段的工艺功能，就要进行设施设备的维护检修，甚至进行设备设施的运行改造，直至发挥出其应有的工艺功能。只有当预处理段实际的发挥出来作用以后，对后续的处理过程才有良好的保证，也是保证整个污水处理系统正常运行的步骤之一。
污水厂生化处理段的是整个污水厂核心的处理段，它通过人工聚集的大量的微生物形成的活性污泥（生物膜）的自我生长过程，完成对污水中主要的污染物质进行吸收代谢处理，主要对污水中的有机污染物（通过BOD和COD的数据表达），营养物质TP、TN、氨氮，悬浮颗粒SS等进行降解处理，污水中各种污染物质在生化段都得到了有效的处理，这需要污水厂中的大量（远高于自然界散落的数量）的微生物在合理适宜的生存环境中具有生命活力的活动和生长繁殖，而保持微生物旺盛的生命活性，甚至需要保持某一类别的微生物的生命活动的活跃性（比如聚磷菌、硝化菌、反硝化菌等），就是生化处理段的重要的工艺目标了。但是微生物的个体很小肉眼甚至光学显微镜都无法直接看到，传统的个体养护的方式就无法完成对微生物的活性保持，因此在实际的运行中，运行人员需要通过一些生化处理段的宏观因素表达出来的数据，对污水厂的生化处理段进行细致的工艺管理，这也是污水厂生化段管理的难点，运行人员需要从微生物整体的宏观表达的数据上看到微生物的需求，从而进行工艺调整，保证微生物的生存环境的适宜，整体活性的保持等，最终实现处理水质的达标，这也是污水厂生化处理的管理核心。
生化处理过程中最重要的就是有机污染物的去除。污水中的有机污染物来自于城镇居民日常排水中的各种有机物的杂质，这些杂质被居民通过使用过的污水冲洗排入到城镇管网中，最终汇流到污水厂中，这些有机污染物的组分复杂，来自于各种不同的物质，无法具体说明某一类型的有机污染物的多少，因此在污水厂采用了统一的污染物指标来进行衡量，最终反应的就是对COD和BOD的去除上。运行人员需要从每班的化验数据变化上，基本的判断有机污染物的去除情况。
有机污染物的去除有几个关键因素：
首先是要有微生物，大自然如此欣欣向荣，没有被死亡的动植物覆盖，就是由于地球上存在大量的微生物孜孜不倦的做着有机物的分解工作，这些微生物以有机物为食物，在适宜的环境下，不断地生长繁殖，把有机物通过体内的生物活动，转化为CO2、氮气、磷、水等无机物，使其对自然环境不造成危害。污水处理厂要想实现污水中的有机污染物的去除，一定需要微生物的参与，而且对于广袤无垠的自然界来说，污水厂的体积相对较小，微生物处理水接触时间短，这就需要污水厂内不仅仅要有微生物，还要有远远高于自然界的大量的微生物存在。因此要想把污水厂的有机污染物转化成无机物，需要大量的微生物在污水厂中生存。
第二个关键因素是氧气。大量存在的微生物并不能使有机污染物得到完全的降解，这些微生物需要进行呼吸，利用空气中的氧气进行自身的生命活动，吸收空气中的氧气，降解污水中的有机物，通过一个基本的化学反应方程来表示就是：
有机物+其他营养物质+氧气→代谢产物+CO2+H2O+增殖微生物
根据方程式和微生物的生命活动需求，这个过程需要氧气的参与，因此第二个关键因素就是为微生物提供大量的氧气。
第三个关键因素是充分接触。微生物在污水厂中以活性污泥或者生物膜的形式存在，而有机污染物存在于污水中，随着污水流动，两者需要人工的进行交互，使其混合均匀，这样微生物才有充分的机会和污水中的有机污染物充分接触，具备充足的接触反应机会，从而进行有效的去除反应，达到降解污染物的目的，因此保持充分接触的条件也是日常管理中的关键环节。
