芝加哥是美国中部最大的城市，位于密歇根湖湖畔。为避免城市污水污染湖水，市政管理部门采取了一系列监测控制措施以保护湖水，其中最主要的是将居住在2 200 km²市区范围内的550万人的生活污水和550万人口当量的非生活污水进行严格的处理。

芝加哥市区范围内年平均日总污水量为520万m³，其中98％以上由3座大型二级污水处理厂处理，其余不足10万m³/d污水则由3座小型水回收厂经深度处理后回用。

位于市中心地区的西西南污水处理厂是美国最大的污水处理厂，也是世界上最大的污水处理厂之一。该厂的进水泵站及一级处理能力超过500万m³/d，二级处理能力平均为455万m³/d，最大为545万m³/d。污泥处理能力除负担本厂所产生的污泥外，还负担着由北方污水处理厂压力输送来的及另外两座深度处理厂的污泥。

西西南污水处理厂由西厂和西南厂合并而成。现称为司提克内水回收厂（Stickney Water Reclamation Plant）。西厂于1930年建成投入运行，为一座有3组双层沉淀池和12条污泥自然干化床组成的一级处理厂。随着城市的发展和水源保护标准的提高，1935年开始在西厂的西南侧建设以活性污泥法为主要处理工艺的西南污水处理厂，1939年投入运行。1949年和1975年两次扩建，形成455万m³/d二级处理的规模。在污泥处理方面，经多次扩建，增设了湿式氧化站、中温消化池、真空脱水机装置，使该厂的设施更加完善。由于历史原因，其污水处理设施既有古老的双层沉淀池和污泥自然干化床，也有新颖的曝气池、污泥消化池和湿式氧化装置。该厂位于城市的中心地区，用地受到限制，厂内建筑物的布置极为紧凑。在污水处理工艺方面，采用了传统的活性污泥法为二级处理的主要手段。矩形回流槽曝气池的容积，超过80万m³，按平均日流量455万m³计，停留时间在4 h以上。二次沉淀池采用直径为38.4 m的辐流式沉淀池，共96座，表面水力负荷为40.7 m³/（m²·d）。污泥处理工艺是多种多样的。初次沉淀污泥在双层沉淀池下部常温消化，消化后的污泥部分经干化床自然干化，部分转送到污泥塘静置稳定。全部剩余活性污泥经浓缩后进入中温消化池，部分消化污泥由真空滤机脱水后烘干制成肥料；另一部分经浓缩后加压输送到污泥塘，进一步稳定并脱水，然后用船送到郊区农田施肥。自然干化的污泥饼，则用铁路运送分散到各用户。

司提克内厂的污水处理效果较好。根据1999年11月的报告，1998年全年平均污水量为300万m³/d情况下，出水生化需氧量BOD为2.2 mg/L，悬浮物SS为5.4 mg/L，氨氮为0.5 mg/L，溶解氧DO为8.5 mg/L，大大超过了所要求的标准。在二级处理中，控制较长的固体停留时间，取得了硝化除氮的效果，去除率达到77％，出水氨氮小于2 mg/L。1978年全厂管理费用为1 842万美元，折合每立方米污水处理费用为1.62美分。处理厂的操作人员采用了先进的电脑程序监视和控制系统，所有设施始终以最少的人力高效运行。

由于芝加哥市及其周边地区的排水系统是合流制，随着城市的发展，暴雨径流增大，污水处理厂经常超负荷，迫使未经处理的污水流入河道。因此，早在20世纪70年代初期，市政当局就提出了隧道及水库计划（Tunnel and Reservoir Plan），简称TARP。这个计划包括160 km隧道，用以截流贮存合流管中的溢流水，以便污水处理厂以后处理。其目标是防止污水充入密歇根湖，为芝加哥市及其邻县800万人口提供饮用水，并为洪水提供出路。工程分两期进行，经过25年的紧张施工，一期工程已经完成，起到了预期的作用。虽然耗资巨大，但该方案比置换22 000 km合流管，修建污水管，还是经济的。