南海桂城范围内有桂城污水处理厂和平洲污水处理厂。其中，桂城污水处理厂位于南一路南海广场北侧，占地面积30亩，日污水处理量2.5万吨，处理能力已经饱和。随着南海中心城区规模越来越大，以及叠滘片区截污工程年底完工，南海中心城区污水处理量将大大提高。
桂城污水厂采用了传统氧化沟工艺。一期污水处理工艺采用低负荷氧化沟活性污泥生化处理法，该工艺具有处理效果好，动力消耗低，污泥产出少，管理维护方便等优点。二期系统采用三槽式氧化沟活性污泥生化处理工艺，可按硝化和反硝化方式运行，不仅能去除污水中的有机物，还可去除污水中的氮、磷等物质。
污水经污水管收集从总污水渠流入厂区集水井，经粗格栅除去大块垃圾，再由污水泵抽升到细格栅配水井，经细格栅除去小块垃圾后，污水分别流入一、二期沉砂池及氧化沟进行沉砂及活性污泥生化处理，经净化后清水外排，所产生的剩余活性污泥脱水处理、外运。