在智能化粪池中，污水处理子系统是核心环节，处于承上启下关键位置。它承接经初步沉淀、分离的污水，运用生物、化学等处理工艺，去除污水中各类污染物，如氮、磷、有机物等，使之达到排放标准或回用要求。系统工作流程有下面四个阶段。

污水收集与预处理阶段：智能化粪池先收集来自家庭、商业场所等的污水，这些污水首先进入格栅井，通过粗格栅和细格栅，拦截污水中较大的漂浮物和悬浮物，如树枝、塑料瓶、纸巾等，防止其进入后续处理单元造成设备堵塞。随后污水流入沉砂池，利用重力沉降原理，使污水中的砂粒等无机颗粒沉淀下来，减轻后续处理负荷。

生物处理阶段：经过预处理的污水进入生物处理池，这是核心环节。池中充满活性污泥，含有大量微生物，通过厌氧、缺氧和好氧等不同环境，利用微生物的新陈代谢作用分解污水中的有机污染物。厌氧阶段，厌氧菌将大分子有机物分解为小分子；缺氧阶段，反硝化细菌进行脱氮反应；好氧阶段，好氧微生物进一步分解剩余有机物，同时完成硝化反应，将氨氮转化为硝态氮。

深度处理阶段：生物处理后的污水进入深度处理单元，通过过滤、消毒等工艺进一步去除残留的污染物和微生物。常见的过滤方式有砂滤、膜过滤，可去除细小悬浮物和部分溶解性物质。消毒则采用紫外线、二氧化氯等方式，杀灭水中的致病微生物，确保出水水质达标。

排放与回用阶段：经深度处理达标的水，一部分直接排放至自然水体或市政污水管网；另一部分可回收用于灌溉、冲厕等非饮用用途，实现水资源的循环利用。同时，处理过程中产生的污泥会被输送至污泥处理单元进行脱水、干化等处理，减少对环境的影响。