污泥处理是对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理的过程。污水处理程度越高，就会产生越多的污泥残余物需要加以处理。除非是利用土地处理或污水塘处理污水，否则一般的污水处理厂必须设有污泥处理设施。对现代化的污水处理厂而言，污泥的处理与处置已成为污水处理系统运行中复杂、且花费的一部分。
重力浓缩池的设计和运行类似于污水处理中的二沉池。浓缩功能是主要的设计参数，为了满足更大的浓缩能力，浓缩池基本上比二沉池要深。一个设计正确，运行良好的重力浓缩池至少能提高两倍的污泥含泥量。也就是说，污泥的含水率可以有99.5%减少到98%，或者更少。这里值得一提的是，重力浓缩池的的设计要尽量基于中式结果的分析，因为合适的污泥负荷率与污泥的属性的有很大关系的。
污泥含有多种有机物，因此需要多种微生物来分解。有关资料将厌氧消化中的微生物分为两类：产酸菌和甲烷菌。所以，我们也能把厌氧消化分为两步。步，由兼性和组成的产酸菌通过水解作用溶解有机固体。接着溶解质由发酵作用转化为酒精和低分子量分子。第二步，有严格组成的甲烷菌将乙酸、酒精、水和二氧化碳转化为甲烷。因为两种菌群只能在无氧的环境下存活，所以厌氧消化的反应器必须是密闭的。设计容器的时候同时也要考虑另外的一些因素，例如：温度、pH值和混合物搅拌。
大量的污泥产生，而这种污泥中含有相当大量的油，必须在终处置之前将之去除。炼油厂产生的污泥不能被的处置，除非将其含油量去除到一定程度。此外，在炼油厂的油水分离系统和储油罐中因为含油原料的累积而产生的污泥的处理费用很高，并且对环境造成很严重的污染。石油是一种疏水混合物例如：烷烃，芳香烃，树脂和沥青。许多化合物是有毒性的，致突变的和致癌的。它们的排放的受到严格控制的，因为它们对人体健康和环境的负面影响，它们被美国环保部门分类并列为环境污染物优先。