Основная цель биологической очистки сточных вод - биологическое удаление из сточных вод разлагаемых загрязнителей. Для осуществления процессов разложения используются популяции микроорганизмов, взвешенных в глубине сточных вод (методы активного ила) или микроорганизмов, образующих фиксированную биомассу (биологические отложения).
Очистке сточных вод биологических отложений должен предшествовать механический этап – используются реагенты для очистки сточных вод и специальные отстойники, выполненные в виде многокамерных резервуаров. Механическая обработка позволяет удалять из сточных вод более крупные загрязнения, что защищает систему от повреждений и предотвращает засорение пустот биологического слоя. Органические загрязнители разрушаются микроорганизмами, составляющими биологическую мембрану. Источником органических веществ является водная пленка, окружающая месторождение.
Аэрация биологических отложений происходит естественным образом с помощью атмосферного кислорода, который проникает через слой водной пленки, обеспечивая эффективное протекание процессов разложения кислорода. Избыток биологической мембраны отрывается от биологического отложения и удаляется из потока отходов во вторичных отстойниках, взаимодействующих с биологическими отложениями.
Процессы биологической очистки являются результатом деятельности микроорганизмов, осевших на материале, заполняющем слой, в виде многовидовой биопленки, состоящей в основном из бактерий, грибков, а также коловраток, нематод, насекомых и мух. Правильное функционирование микроорганизмов зависит от адекватного поступления кислорода, который необходим для внутриклеточного дыхания, количества питательных веществ, температуры и реагента сточных вод. Растворенные органические вещества адсорбируются на верхнем слое мембраны, затем переносятся глубоко в биопленку.