污水生物学处理具体来说是通过微生物所产生的酶，氧化分解有机物，从而使水得到净化。其中起主要作用的是细*，污水中可溶性的有机物直接被菌体吸收;固体和胶体等不溶性有机物先附着在菌体外，由菌细胞分泌的胞外酶分解成可溶性物质，再被菌体吸收，通过微生物体内的氧化、还原、分解、合成等生化作用，把一部分有机物转化成微生物自身组成物质，另一部分有机物被氧化分解为CO22、H2O等简单的无机物，从而使污染物质得到降解。主要有以下几种方法。

氧化塘是一个大而浅的池塘，污水从一端流入，从另一端溢流出水。在氧化塘中，同时存在着三种生化作用：(1)有机物的好氧分解，主要由好气细*进行;(2)有机物的厌氧分解，主要由厌氧细*进行;(3)光合作用，由藻类和水生植物进行。好气细*所需的氧气，除了来自大气以外，还有相当一部分是由藻类光合作用释放的。细*代谢过程中除合成自身的物质以外，还产生CO2、H2O和无机盐类，这些产物被藻类所利用。藻类细胞既能被细*所分解，又能被原生动物吞食，使藻类不*过多积累。氧化塘的底部处于厌氧环境，过多的无机氮通过细*的反硝化作用以氮气的形式逸去，避免了水体的富营养化。由此，氧化塘实际上是一个藻菌共生的生态系统，它常利用天然水域，具有设备简单、投资少、容易操作等优点。缺点是占地面积大。

污水进入曝气池后，用机械或人工的方法连续鼓入空气，经过一段时间，水中形成一些褐色絮状泥粒，即所谓活性污泥。其主体部分是一些好气性微生物，对污水中的有机物具有很强的吸附和氧化分解能力，并以有机物为养料不断增殖。活性污泥和污水的混合液离开曝气池以后，在沉淀池中沉淀，分离出来的水即为净化的水，排放出去。活性污泥除因增殖需排放出一部分多余的以外，其余的回流到曝气池，如此循环运行。活性污泥法的净化效率很高，它对生活污水中有机物和悬浮物的去除率均达95%左右。但所产生的污泥量较大，有待进一步处理，运行中还容易出现污泥膨胀现象。

生物滤池包括酒滴池、塔式生物滤池、生物转盘、接触氧化、浸没法滤池等多种形式。它们处理污水的基本原理相同，池中装上碎石、炉渣、圆盘或塑料蜂窝等固体填料，当污水连续通过时，由于微生物的大量繁殖，在填料的表面形成一层滑腻的暗色薄膜，叫做生物膜。在生物膜这个小环境中，表层是好气性微生物，内层是厌气性微生物，中层则生长着大量的兼性厌气菌。生物膜中除细*外，还有以原生动物为主的动物群落，各种生物间形成食物链，污水中的有机物通过食物链的每个环节，都有一部分通过呼吸作用而转变成CO2，*终能把有机物除去。

厌氧处理法是在缺氧的条件下，利用厌气性微生物分解污水中有机物质的方法，又称厌氧消化。有机物质的厌氧分解，可分为两个阶段。在分解初期，一些微生物把有机物分解成有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等，此阶段有机酸大量积累，pH值随即下降，故称为酸性发酵阶段。在分解后期，由于所产生的NH3与酸发生中和作用，pH值逐渐上升，甲烷细*开始分解有机酸和醇，产物主要是甲烷和CO2。甲烷细*的大量繁殖，加速了有机酸的分解，pH值迅速上升，此阶段称为碱性发酵阶段。污水生物处理的前三种方法各有优点，但还存在以下问题：

(1)大量的活性污泥和脱落的生物膜形成废渣，如不进一步处理会形成二次污染;

(2)对一些BOD5超过10000毫克/升的污水，如屠宰厂污水等处理效果较差;

(3)消耗大量的动力。用厌氧处理法能有效的解决上述三个问题，同时还能产生生物能源——沼气，因此受到各方面的重视。

污水的生物学处理是目前世界各国在污水处理中应用*广的一种方法，从发展趋势上看，正由单纯的防治转向综合利用。例如利用污泥的厌氧消化获得沼气和肥料，利用光合细*处理高浓度有机污水回收单细胞蛋白等，并进一步探索回收能源和解决含无机盐废水的处理方法，防止有机物经微生物分解成无机盐类而使水体富营养化，尽可能实现物质和能量的再循环。