هدف از تصفیه مقدماتی فقط حذف مواد جامد درشت است. در حالی که تصفیه اولیه با هدف حذف مواد جامد قابل ته نشین و بخشی از مواد آلی است. مکانیسم‌های حذف آلاینده‌های فیزیکی در هر دو سطح غالب است. در تصفیه ثانویه، هدف حذف مواد آلی و احتمالاً مواد مغذی (نیتروژن و فسفر) توسط مکانیسم‌های عمدتاً بیولوژیکی است. هدف از تصفیه سوم حذف آلاینده‌های خاص (معمولاً ترکیبات سمی یا غیرقابل تجزیه زیستی) یا حذف مکمل آلاینده‌هایی است که در تصفیه ثانویه به‌اندازه کافی حذف نشده‌اند.

واحدهای فرایندی موجود در تصفیه خانه فاضلاب بهداشتی به 3 دسته زیر تقسیم می‌شوند:

• فیزیکی
• شیمیایی
• بیولوژیکی

عملیات واحد فیزیکی: روش‌های تصفیه ای که در آن نیروهای فیزیکی غالب هستند (مانند آشغالگیری، اختلاط، لخته‌سازی، ته نشینی، شناورسازی، فیلتراسیون).

فرآیندهای واحد شیمیایی: روش‌های تصفیه که در آن حذف یا تبدیل آلاینده‌ها با افزودن محصولات شیمیایی یا در اثر واکنش‌های شیمیایی (مانند بارش، جذب، گندزدایی) صورت‌می‌گیرد.

فرآیندهای واحد بیولوژیکی: روش‌های تصفیه که در آن حذف آلاینده‌ها از طریق فعالیت بیولوژیکی انجام‌می‌شود (مانند حذف مواد آلی کربنی، نیتریفیکاسیون، نیترات زدایی).

تصفیه ثانویه (مرحله اصلی در تصفیه فاضلاب)

هدف اصلی تصفیه ثانویه حذف مواد آلی است. مواد آلی به اشکال زیر وجود دارد:

• مواد آلی محلول (BOD محلول یا فیلتر شده) که صرفاً با عملیات فیزیکی حذف نمی‌شود، مانند ته نشینی که در تصفیه اولیه رخ می‌دهد.
• مواد آلی در سوسپانسیون (BOD معلق یا ذره‌ای)، که تا حد زیادی در تصفیه اولیه موجود حذف می‌شود، اما جامدات آن با ته نشین شدن کندتر (جامدات ریزتر) در جرم مایع باقی می‌مانند.

فرآیندهای تصفیه ثانویه به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که مکانیسم‌های تجزیه را که به‌طور طبیعی در محیط‌های آبی اتفاق می‌افتد تسریع کنند. بنابراین، تجزیه آلاینده‌های آلی تجزیه‌پذیر در شرایط کنترل شده و در فواصل زمانی کمتر از سیستم‌های طبیعی به‌دست می‌آید. ماهیت تصفیه ثانویه فاضلاب خانگی شامل یک مرحله بیولوژیکی است. در حالی که فرآیندهای تصفیه مقدماتی و اولیه دارای مکانیسم‌های فیزیکی هستند، حذف مواد آلی در مرحله ثانویه از طریق واکنش‌های بیوشیمیایی انجام شده که توسط میکروارگانیسم‌ها انجام‌می‌شود.

انواع زیادی از میکروارگانیسم‌ها در این فرآیند شرکت می‌کنند شامل: باکتری‌ها، تک‌یاخته‌ها، قارچ‌ها و سایر میکروارگانیسم‌ها. اساس کل فرآیند بیولوژیکی تماس مؤثر بین این موجودات و مواد آلی موجود در فاضلاب است، به‌گونه‌ای که می‌توان از آن به‌عنوان غذا برای میکروارگانیسم‌ها استفاده‌کرد. میکروارگانیسم‌ها ماده آلی را به دی‌اکسید کربن، آب و مواد سلولی تبدیل می‌کنند.