Sau khi được thu gom, nước thải sinh hoạt sẽ được tiến hành xử lý bằng vi sinh trước khi đưa ra hồ Trúc Bạch. Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch được đưa vào hoạt động từ năm 2005, đây là công trình xử lý nước thải đầu tiên trên địa bàn Hà Nội được thực hiện bằng công nghệ sinh học. Toàn bộ chất lượng nước đầu ra đều được giám sát chặt chẽ thông qua hệ thống máy móc hiện đại. Việc vận hành kiểm soát chất lượng nước thải trước và sau khi xử lý có thể được thực hiện chỉ bằng 1 nhân sự, qua đó nâng cao chất lượng và năng suất công việc; đồng thời bảo đảm các thông số kỹ thuật cần thiết. Nước thải được dẫn vào trạm xử lý, tại đây, hỗn tạp chất rắn không tan sẽ được lọc bỏ thông qua hệ thống chuyên biệt. Thông qua hệ thống lọc ban đầu, rác thải như cành cây, gạch đá sẽ được tách ra khỏi bể chứa. Các công nhân có nhiệm vụ "nhặt sạch" những tạp chất này trước khi tiếp tục xử lý nước thải. Các quy trình xử lý nước bẩn theo các tiêu chuẩn được quy định chặt chẽ. Các thông số được kiểm tra nghiêm ngặt. Nước thải được kiếm soát thông qua hệ thống quan trắc tự động. Kết quả chất lượng nước sẽ được gửi về Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội với tần suất chỉ 5 phút/lần. Công nhân xử lý bùn thải bằng thiết bị tách nước dạng băng tải ép có sử dụng hóa chất. Các khu vực chứa nước thải đều được đậy kín, khử mùi bằng than hoạt tính. Các công nhân đang đưa các chế phẩm vào để làm sạch nguồn nước. Nhờ "bộ lọc" đặc biệt này, nước được dẫn ra hồ Trúc Bạch luôn được bảo đảm an toàn. Nước sau khi được xử lý đạt tiêu chuẩn mới được dẫn ra hồ, từ đó giữ sạch cho "lá phổi xanh" của Thủ đô.