目前普遍使用生物法或生物法與其它方法結合。在廢水的生物處理中，雖然用于廢水處理的生物反應器類型及工藝流程很多（如厭氧－好氧工藝、硫化床工藝、接觸氧化法、上流式厭氧污泥床（UASB）工藝、連續批式反應器（SBR）工藝等），視廢水類型及污染程度而采取不同的處理策略，但其基本原理都是利用處理系統中的各種微生物群落的代謝作用，以去除污水中的污染物。根據處理系統中微生物所處的狀況，則可以分為：懸浮細胞法、活性污泥法、生物膜法等。下圖演示了采用厭氧－好氧工藝處理廢水的全過程。

 

 

 

目前最普遍使用的是活性污泥法，特別是在城市污水處理中。而效率較好的是生物膜法，特別是在特殊行業廢水的處理中應用最為常見。

 

北京高碑店污水處理廠的好氧池即采用此方法。在這樣的處理系統中，微生物細胞懸浮在所需處理的污水中，而不是形成“生物膜”那樣的被固定起來。例如，氧化塘即是經典的懸浮細胞污水處理系統。氧化塘的效率較低，并需要較大的空間位置，氧化有機物所需的氧氣來自于藻類的光合作用，主要通過擴散而被其它微生物吸收利用。這種系統中氧化作用通常不完全，因而常常產生較大的臭味。由于它是一個開放系統，所以它的處理效率受季節溫度波動的影響很大，這種處理系統只能在溫暖的地方使用。

 

活性污泥（activated sludge）可分為好氧活性污泥和厭氧顆粒活性污泥，不論是哪一種，活性污泥都是由各種微生物、有機物和無機物膠體、懸浮物構成的結構復雜的肉眼可見的絨絮狀微生物共生體。這樣的共生體有很強的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以達到處理和凈化污水的目的。活性污泥法是最常見的污水生物處理方法，污水在經過初步沉淀去除各種大塊顆粒之后送到好氧反應池，在池中通過曝氣或攪拌供給氧氣。在活性污泥法中，經處理后排出的水中的大部分活性污泥被沉淀下來返回反應池，這樣可以維持很高的微生物密度和活性。當污水停留在好氧反應池期間，一部分有機物被處理成無機物，即礦化；另一部分轉化為微生物細胞物質。在活性污泥法中，嚴重影響處理效果的是污泥的沉降性能。如果活性污泥沉降性能差，由于絲狀細菌和真菌的過分繁殖將導致活性污泥膨脹。雖然活性污泥的膨脹機理尚不完全清楚，但通常在碳氮比（C：N）和碳磷比（C：P）的比值較高，水中溶解的氧氣濃度較低的條件下容易產生。為維持良好的處理效果，應當避免發生污泥膨脹，因此在活性污泥法中要嚴格控制進入系統廢水的C：N和C：P的比值，并維持較高的溶解氧水平，這樣才能維持良好運行狀態。產生的活性污泥除一部分回流利用外，其它多余的則需要另外處理。處理的方法是厭氧消化、填埋或干燥。干燥后的處理物可以用作農業肥料。

 

上圖是活性污泥法流程示意圖：1、原污水；2、初次沉淀池；3，曝氣池；4、二次沉淀池；5、處理后污水；6、回流污泥；7、再生池；8、生污泥；9、剩余污泥；10、污泥濃縮池；11、脫水設備或污泥消化池等。

　　活性污泥法是一個連續的處理過程，因而易于采用計算機控制而實現監控自動化。此外，活性污泥法處理廢水的效率可以根據具體條件而作較大的調整，因而可用于處理流速及濃度發生較大變化的污水。活性污泥法被廣泛用于處理城市生活污水和各種工業廢水。

 

活性污泥法的主要問題是產生大量剩余的污泥，需要用其它辦法處理。現在世界各國，包括我國都發展了各種處理系統以減少剩余污泥的產量，顆粒活性污泥法就是一種行之有效的方法。這種方法是把活性污泥培養成顆粒狀，用顆粒活性污泥完全礦化廢水中的有機物，而不形成新的微生物細胞，或者只在顆粒活性污泥內部維持微生物細胞的新老更替。北京市高碑店污水處理廠使用的就是活性污泥法。

 

生物膜（Biofilm）是通過附著而固定于特定載體上的結構復雜的微生物共生體。相對于活性污泥來說，在單位體積生物膜中所含的微生物數量更高、比表面積更大。生物膜比活性污泥具有更強的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各種污染物，具有速度快、效率高的特點。在使用生物膜法處理污水時，要求在處理系統的構筑物中裝填一定數量的填料，這些填料一方面可以擴大處理系統的比表面積，另一方面為微生物提供附著固定的載體。生物膜處理系統的性能、效率取決于其中微生物活性的高低和所裝填料的多少及其比表面積。一般來說，生物膜法較多應用于特殊行業的廢水處理中，如印染廢水等。

　　根據生物膜法處理系統中所用的填料的不同，生物膜法又可以分為以下幾種類型：

　　滴濾系統（Trickling filter system）

　　該系統是一種簡單且相對便宜的膜式好氧處理裝置。在該處理系統中，通過轉動的柵欄噴淋裝置將污水均勻分布于多孔處理床（例如由石子等鋪成）上。在多孔處理床上可生長多種微生物群落和原生動物。當污水緩慢地流過處理床時，微生物就吸收并降解了其中的有機成分，使得污水得到處理。在這樣的處理系統中，天然形成了食物鏈，微生物利用有機物生長繁殖，原生動物等以微生物為食，從而維持在一個動態平衡中。如果污水中的營養（BOD）過高，就會導致微生物的過量生長繁殖從而引起多孔處理床的堵塞，這樣便會降低處理效果。

　　旋轉生物接觸氧化系統（Rotating Biological Contactor，RBC）或生物轉盤

　　在這樣的處理系統中，一系列圓盤結構裝置部分浸沒于污水中，部分在空氣中并不斷地旋轉，這樣便保持了良好的通氣效果及與污水的接觸，從而在圓盤上形成了“生物膜”。這樣的“生物膜”是由各種微生物、原生動物等構成的微生物群落。在掃描電鏡下，典型的生物轉盤的“生物膜”有兩層結構，外層主要由絲狀菌等好氧微生物組成，內層由包括脫硫弧菌在內的厭氧微生物構成。因此這樣的“生物膜”具有去除BOD及無機物（主要是硫酸鹽）的功能。生物轉盤處理系統與滴濾系統相比，具有占地少、效率高、運行穩定等優點，但其前期投資較大。這種系統已經成功地用于處理城市污水和各種工業廢水。

　　流化床反應器（Fluidized Bed Reactor，FBR）

　　由于污水的泵入或曝氣（空氣或氧氣）作用，流化床反應器中的載體物質（浮石、砂子、塑料等）會在反應器中不斷流動，因而得名。在這種系統中，由下向上進入的廢水的流速或曝氣的程度被控制在足以使載體流動不互相接觸，但又不能破壞“生物膜”結構的程度。該系統的最大優點是載體的比表面積被充分利用，但能耗較高，運行成本也相對較高。該系統可用于BOD的去除，也可以用于廢水中硝酸鹽的處理。