預處理

衡山污水處理廠的第一步是進行預處理，預處理主要用于去除大顆粒污物，防止對后續處理設備產生損壞。預處理設備包括格柵池，格柵池通過將進入處理站的原水在格柵上過濾，去掉大于5mm的雜物，主要是防止進入后續處理設備時對設備造成危害。此外還有砂池，砂池的作用在于去除雜質中的沙子和碎屑，防止后續污水處理設備內的渠道和容器被沙子和其他雜物堵塞。

生化處理

生化處理是衡山污水處理的核心步驟，主要是通過好氧和厭氧菌的作用去除水中的有機物。這個過程涉及到活性污泥法，填料生物濾池等多種方法。通過進一步的生化處理，基本上可以將水中的有機物去除85%以上。在生化處理過程之后，通過混合沉淀池對水中的殘留污泥進行沉淀，使污泥沉淀減少，收集和處理殘留污泥的同時，也可以回收起來作為肥料或其他用途。

后處理

最后一步是后處理，主要是消毒和氧化，此時水好像幾乎徹底地去除了有機物，但仍有某些細菌、病毒或化學物質留在水里。用消毒劑如氯氣或氯代碳酸鈉進行消毒，可以有效地去除這些細菌和病毒。然而，飲用水中消毒劑超過一定質量可能會造成不利影響，所以在消毒后需要進行脫氯處理，除此之外，后處理還包括其他過程如臭氧氧化等。