污水廠經過粗細格柵、污水提升泵、調節池（可前可后）、除砂池、初沉池這樣一個預處理階段后，主要完成了幾個工作：
1、物理去除污水中漂浮雜質；
2、污水提升至一定的高度，保持污水廠的后續處理的自重流；
3、去除污水中大于0.2mm的無機顆粒物質；
4、部分去除污水中的無機物及有機污染物。
這些工作分別對應著污水廠的預處理階段不同的處理構筑物，對于運行管理人員來說，需要了解預處理段的具體作用，每個處理構筑物的工藝功能有沒有得到合理的發揮，這也是工藝巡視人員每班進行巡視的主要關注點，通過日常巡視，發現處理構筑物的實際運行情況，如果未能滿足預處理段的工藝功能，就要進行設施設備的維護檢修，甚至進行設備設施的運行改造，直至發揮出其應有的工藝功能。只有當預處理段實際的發揮出來作用以后，對后續的處理過程才有良好的保證，也是保證整個污水處理系統正常運行的步驟之一。
污水廠生化處理段的是整個污水廠核心的處理段，它通過人工聚集的大量的微生物形成的活性污泥（生物膜）的自我生長過程，完成對污水中主要的污染物質進行吸收代謝處理，主要對污水中的有機污染物（通過BOD和COD的數據表達），營養物質TP、TN、氨氮，懸浮顆粒SS等進行降解處理，污水中各種污染物質在生化段都得到了有效的處理，這需要污水廠中的大量（遠高于自然界散落的數量）的微生物在合理適宜的生存環境中具有生命活力的活動和生長繁殖，而保持微生物旺盛的生命活性，甚至需要保持某一類別的微生物的生命活動的活躍性（比如聚磷菌、硝化菌、反硝化菌等），就是生化處理段的重要的工藝目標了。但是微生物的個體很小肉眼甚至光學顯微鏡都無法直接看到，傳統的個體養護的方式就無法完成對微生物的活性保持，因此在實際的運行中，運行人員需要通過一些生化處理段的宏觀因素表達出來的數據，對污水廠的生化處理段進行細致的工藝管理，這也是污水廠生化段管理的難點，運行人員需要從微生物整體的宏觀表達的數據上看到微生物的需求，從而進行工藝調整，保證微生物的生存環境的適宜，整體活性的保持等，最終實現處理水質的達標，這也是污水廠生化處理的管理核心。
生化處理過程中最重要的就是有機污染物的去除。污水中的有機污染物來自于城鎮居民日常排水中的各種有機物的雜質，這些雜質被居民通過使用過的污水沖洗排入到城鎮管網中，最終匯流到污水廠中，這些有機污染物的組分復雜，來自于各種不同的物質，無法具體說明某一類型的有機污染物的多少，因此在污水廠采用了統一的污染物指標來進行衡量，最終反應的就是對COD和BOD的去除上。運行人員需要從每班的化驗數據變化上，基本的判斷有機污染物的去除情況。
有機污染物的去除有幾個關鍵因素：
首先是要有微生物，大自然如此欣欣向榮，沒有被死亡的動植物覆蓋，就是由于地球上存在大量的微生物孜孜不倦的做著有機物的分解工作，這些微生物以有機物為食物，在適宜的環境下，不斷地生長繁殖，把有機物通過體內的生物活動，轉化為CO2、氮氣、磷、水等無機物，使其對自然環境不造成危害。污水處理廠要想實現污水中的有機污染物的去除，一定需要微生物的參與，而且對于廣袤無垠的自然界來說，污水廠的體積相對較小，微生物處理水接觸時間短，這就需要污水廠內不僅僅要有微生物，還要有遠遠高于自然界的大量的微生物存在。因此要想把污水廠的有機污染物轉化成無機物，需要大量的微生物在污水廠中生存。
第二個關鍵因素是氧氣。大量存在的微生物并不能使有機污染物得到完全的降解，這些微生物需要進行呼吸，利用空氣中的氧氣進行自身的生命活動，吸收空氣中的氧氣，降解污水中的有機物，通過一個基本的化學反應方程來表示就是：
有機物+其他營養物質+氧氣→代謝產物+CO2+H2O+增殖微生物
根據方程式和微生物的生命活動需求，這個過程需要氧氣的參與，因此第二個關鍵因素就是為微生物提供大量的氧氣。
第三個關鍵因素是充分接觸。微生物在污水廠中以活性污泥或者生物膜的形式存在，而有機污染物存在于污水中，隨著污水流動，兩者需要人工的進行交互，使其混合均勻，這樣微生物才有充分的機會和污水中的有機污染物充分接觸，具備充足的接觸反應機會，從而進行有效的去除反應，達到降解污染物的目的，因此保持充分接觸的條件也是日常管理中的關鍵環節。
