污水生物學處理具體來說是通過微生物所產生的酶，氧化分解有機物，從而使水得到凈化。其中起主要作用的是細*，污水中可溶性的有機物直接被菌體吸收;固體和膠體等不溶性有機物先附著在菌體外，由菌細胞分泌的胞外酶分解成可溶性物質，再被菌體吸收，通過微生物體內的氧化、還原、分解、合成等生化作用，把一部分有機物轉化成微生物自身組成物質，另一部分有機物被氧化分解為CO22、H2O等簡單的無機物，從而使污染物質得到降解。主要有以下幾種方法。

氧化塘是一個大而淺的池塘，污水從一端流入，從另一端溢流出水。在氧化塘中，同時存在著三種生化作用：(1)有機物的好氧分解，主要由好氣細*進行;(2)有機物的厭氧分解，主要由厭氧細*進行;(3)光合作用，由藻類和水生植物進行。好氣細*所需的氧氣，除了來自大氣以外，還有相當一部分是由藻類光合作用釋放的。細*代謝過程中除合成自身的物質以外，還產生CO2、H2O和無機鹽類，這些產物被藻類所利用。藻類細胞既能被細*所分解，又能被原生動物吞食，使藻類不*過多積累。氧化塘的底部處于厭氧環境，過多的無機氮通過細*的反硝化作用以氮氣的形式逸去，避免了水體的富營養化。由此，氧化塘實際上是一個藻菌共生的生態系統，它常利用天然水域，具有設備簡單、投資少、容易操作等優點。缺點是占地面積大。

污水進入曝氣池后，用機械或人工的方法連續鼓入空氣，經過一段時間，水中形成一些褐色絮狀泥粒，即所謂活性污泥。其主體部分是一些好氣性微生物，對污水中的有機物具有很強的吸附和氧化分解能力，并以有機物為養料不斷增殖。活性污泥和污水的混合液離開曝氣池以后，在沉淀池中沉淀，分離出來的水即為凈化的水，排放出去。活性污泥除因增殖需排放出一部分多余的以外，其余的回流到曝氣池，如此循環運行。活性污泥法的凈化效率很高，它對生活污水中有機物和懸浮物的去除率均達95%左右。但所產生的污泥量較大，有待進一步處理，運行中還容易出現污泥膨脹現象。

生物濾池包括酒滴池、塔式生物濾池、生物轉盤、接觸氧化、浸沒法濾池等多種形式。它們處理污水的基本原理相同，池中裝上碎石、爐渣、圓盤或塑料蜂窩等固體填料，當污水連續通過時，由于微生物的大量繁殖，在填料的表面形成一層滑膩的暗色薄膜，叫做生物膜。在生物膜這個小環境中，表層是好氣性微生物，內層是厭氣性微生物，中層則生長著大量的兼性厭氣菌。生物膜中除細*外，還有以原生動物為主的動物群落，各種生物間形成食物鏈，污水中的有機物通過食物鏈的每個環節，都有一部分通過呼吸作用而轉變成CO2，*終能把有機物除去。

厭氧處理法是在缺氧的條件下，利用厭氣性微生物分解污水中有機物質的方法，又稱厭氧消化。有機物質的厭氧分解，可分為兩個階段。在分解初期，一些微生物把有機物分解成有機酸、醇、CO2、NH3、H2S等，此階段有機酸大量積累，pH值隨即下降，故稱為酸性發酵階段。在分解后期，由于所產生的NH3與酸發生中和作用，pH值逐漸上升，甲烷細*開始分解有機酸和醇，產物主要是甲烷和CO2。甲烷細*的大量繁殖，加速了有機酸的分解，pH值迅速上升，此階段稱為堿性發酵階段。污水生物處理的前三種方法各有優點，但還存在以下問題：

(1)大量的活性污泥和脫落的生物膜形成廢渣，如不進一步處理會形成二次污染;

(2)對一些BOD5超過10000毫克/升的污水，如屠宰廠污水等處理效果較差;

(3)消耗大量的動力。用厭氧處理法能有效的解決上述三個問題，同時還能產生生物能源——沼氣，因此受到各方面的重視。

污水的生物學處理是目前世界各國在污水處理中應用*廣的一種方法，從發展趨勢上看，正由單純的防治轉向綜合利用。例如利用污泥的厭氧消化獲得沼氣和肥料，利用光合細*處理高濃度有機污水回收單細胞蛋白等，并進一步探索回收能源和解決含無機鹽廢水的處理方法，防止有機物經微生物分解成無機鹽類而使水體富營養化，盡可能實現物質和能量的再循環。