城市污水处理装置的工作原理主要包括物理处理、化学处理和生物处理三个主要阶段。

首先，物理处理的目的是去除污水中的大颗粒固体和悬浮物质。这通常通过格栅（去除大块杂物）、沉砂池（沉淀沙粒）以及初级沉降罐或澄清器实现。这些设备利用重力作用使固体颗粒与水分离。经过这一阶段后的污水会变得更加清澈，但仍含有溶解的和胶体的有机物及无机盐类杂质等污染物质，需要进一步的处理过程来净化水质。 其次是化学处理过程中向水中投加某种化学物质以达到除去某些杂质的目的,如混凝剂(明矾)可以使胶体状的小粒子凝聚成大的絮状物而容易从水体中分离出去；杀菌灭藻剂等可以防止藻类过度繁殖而影响水的质量;氧化技术则能够分解难以降解的有机污染物以提高后续生化过程的效率.后一步则是关键的生化处理——活性污泥法或者膜过滤法等生物技术手段利用微生物将剩余的有机化合物进行生物化学转化以达到脱氮磷硫等元素的目的并终达到排放标准从而实现对废水资源化的目标 。在此过程中需对曝气量\泥龄等进行控制以保证佳效果并防止二次污染的发生 .总之这三个阶段的协同工作确保了整个污水处理厂能够有效地清除各种有害物质恢复清水供人类使用的同时也为保护环境做出了积贡献。.