经机械脱水处理的污泥含水率一般能从95%左右降至50%～80%，其体积为原体积的10%～25%。其脱水原理一般是以过滤介质两面的压力差或固液密度差作为推动力，使污泥中的固体颗粒与水分离。

污泥机械脱水前一般需要进行预处理，主要目的在于改善污泥的脱水性能，提高机械脱水的效果。预处理的方法主要有化学调理法、热处理调理法、冻融调理法及淘洗法。其中投加絮凝剂的化学调理法应用较多（见污泥调理）。

常用脱水机械有带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机等。实际应用较多的为带式压滤机和离心脱水机。

主要由压辊和滤带组成，不需要真空和加压设备，应用较广泛。其工作原理为：带式压滤机设有两层滤带，浓缩后的污泥夹在两层滤带中间，随着滤带在一组不同直径和间隙的压辊回旋，同时受到压辊的挤压，使污泥中得水得以分离，达到污泥脱水的目的，脱水后的污泥形成泥饼，并在压滤机的尾端排出。压辊有两种辊压方式：①相对辊方式。辊间接触面积小，压榨时间短，但压力大，适用于无机疏水的污泥脱水。②水平轴方式。利用压辊旋转于滤带的张力压榨污泥，滤布与辊的接触面较宽，压力较小，压榨时间长，适用于城镇污水处理厂污泥和有机亲水污泥的脱水。

带式压滤机具有操作简单、维修方便、可稳定连续运转、处理能力高、无噪声和振动、耗电及附属设备少的特点，但必须根据泥质选用高分子絮凝剂的类型、对污泥浓缩质量要求较高，带式压滤机脱水后泥饼含水率较高，占地较大。

由一定数量的滤板和滤带相间排列而成，其间放上滤布并夹紧，使板和板之间构成压滤室。污泥由板框压滤机的一端进入压滤机，滤液在压力作用下通过滤布，并由孔道从滤机排出，当污泥含水率降到一定程度时板框逐块分开，脱水后的污泥剥落下来由输送机运出；所有污泥排出后再进行下一次脱水工作过程。板框压滤机分为人工板框压滤机和自动板框压滤机两种。

板框压滤机的优点是结构较简单，操作容易且稳定，故障少，保养方便，机器使用寿命长，泥饼含水率低，对污泥的适应性强，应用广泛。缺点是不能连续运行，滤布消耗大，所需附属设备较多、初期投资较高、脱水效率较低。

主要由转鼓、带空心转轴（进料管）的螺旋输送器、液位挡板和差速器等部件组成。离心机械产生的离心力场可达到用于沉淀的重力场的1000倍以上，可在很短的时间内使污泥中很细小的颗粒与水分离，进泥中比重较大的固体颗粒在离心力的作用下迅速沉降、聚集在离心机转筒的内壁上并形成泥饼，再利用螺旋和转鼓的相对速度差把固相推向转鼓锥端压实、排出，而比重较小的液体被从污泥中分离出来汇集在污泥的表面，从转筒圆柱端溢流口排出。

离心脱水机的优点是处理量大、污泥脱水效果介于带式压滤机和板框压滤机二者之间能连续运转、自动化程度高、结构紧凑、附属设备少、卫生条件较好、对污泥浓缩效果的适应性较强，絮凝剂投加量少。缺点是噪声较大、能耗高。