本发明涉及排水领域，更具体的，涉及一种排水沉泥定向多级分离系统，包括：精度递增的第一格栅和第二格栅，第一格栅和第二格栅沿水流方向依次设置；砂水分离器，与第二格栅的出水口连接；有机颗粒分离单元，与砂水分离器的上层出水口连接；旋流器，旋流器的进水口与有机颗粒分离单元的出水口连接；污泥脱水装置，与旋流器的出水口连接；配套冲洗装置，与砂水分离器和有机颗粒分离单元相连接。利用水力洗涤、物理筛分、三相旋流、粒度分选、重力沉淀等工艺原理，将城镇排水管网污泥中的混合组分精确分离为几种成分单一、性状稳定的物料，实现了排水沉泥的减量化、无害化、资源化的目标，减少城镇排水沉泥对生态环境的污染。