武汉北湖污水处理厂为国家“长江大保护”战略和武汉市以防洪水、排涝水、治污水、保供水为重点的“四水共治”治污水大布局中的关键工程。其建设采取了国内首创的“四厂合一”方式，即将运行的沙湖、二郎庙、落步嘴污水处理厂进行升级扩建，与新建的北湖污水处理厂合并。除了能够提升大东湖生态水网的水环境，土地资源也将得以释放，建成后将惠及约130.35平方公里和248余万群众。
据施工方中铁上海工程局北湖项目经理张启显介绍，对于每天80万吨污水的处置量，北湖污水处理厂将采用两种先进工艺：一种是传统的“A/A/O+深度处理”，一种是“MBR膜处理”。两种工艺的排放标准均达到国家规定的最高等级“一级A标准”。“工程正式运行后，该区域内主要排口污染物将削减60％以上，将成为长江流域武汉段水体污染防治的重要一环。”
据介绍，处理达标后的尾水将通过两种方式越堤入江——当长江水位低时，通过箱涵自流而出；当长江水位高时，通过钢管攀堤而出。同时，新建成的北湖污水处理厂除了具备排污功能，排水系统还在内部设置了双管道，从而实现雨污分流，兼顾排渍功能。届时，新厂排口截流降雨量可达18毫米，能有效抵御50年一遇的暴雨洪涝灾害。
