O tratamento primário dos esgotos objetiva principalmente remover sólidos em suspensão sedimentáveis e sólidos flutuantes. Após o tratamento preliminar, os sólidos em suspensão de maior densidade contidos nos esgotos, sedimentam-se e depositam-se ao fundo do decantador, constituindo o lodo primário. Parcela dos sólidos em suspensão sedimentados é de natureza orgânica, o que conseqüentemente resulta na redução da carga orgânica afluente ao tratamento secundário. Os tanques de decantação podem ser retangulares ou circulares. Os sólidos sedimentados no fundo da unidade são continuamente raspados e direcionados ao poço de acúmulo de lodo. Na fase sólida do tratamento, o lodo primário é ainda espessado, estabilizado e desidratado. Graxas e óleos sobrenadantes são também continuamente raspados e removidos da superfície do decantador. O efluente do decantador primário é coletado através de calhas vertedoras na periferia dos decantadores circulares ou ao final dos decantadores retangulares.

O Tratamento Primário Quimicamente Assistido (CEPT) ou Tratamento Primário Avançado (TPA) é baseado na remoção de sólidos em suspensão por meio dos processos físico-químicos de coagulação, floculação e sedimentação. Na coagulação são empregadas baixas concentrações de sais de ferro, combinadas ou não com polímeros catiônicos; a floculação é alcançada após a adição suplementar de polímeros aniônicos e a ação de forças eletrostáticas que promovem o agrupamento das partículas coaguladas em flocos de maior tamanho; e na sedimentação, observa-se o incremento da velocidade de sedimentação das partículas em função do aumento de sua massa. A unidade de decantação é similar à unidade de decantação convencional, agregando-se apenas o sistema de dosagem e aplicação de coagulantes e polímeros.

O CESA/UFRJ é dotado de 4 módulos independentes de decantação primária, os quais podem também ser utilizados para o tratamento primário quimicamente assistido. Cada módulo, de seção quadrada com lado de 1,60 m, é dotado de vertedores tipo Thompson em todo o perímetro da unidade. Cada módulo é também dotado de um medidor Parshall para a medição de vazão. As unidades de misturação e floculação do processo físico-químico do CESA/UFRJ encontram-se instaladas junto aos módulos de decantação primária, e consistem em canais de circulação do esgoto, de diferentes extensões e dotados de diferentes dispositivos, visando a otimização da dosagem de produtos químicos e da eficiência da sedimentação.