用生物特別是細菌改善水質或污泥性質的水處理方法。主要用於廢水處理，能減少或穩定有機污染物，從而改善廢水的耗氧性，也能去除某些無機污染物，例如氮和磷。

　　生物處理法種類繁多（見表），可以氧和微生物的存在情況為準繩進行識別和區分。在有溶解氧條件下進行的過程稱需氧生物處理過程；反之，稱厭氧生物處理過程。雖無溶解氧，但有含氧酸根(如硝酸根)供氧的過程，稱無氧氧化生物處理過程。因為這時有機物代謝途徑與有氧生物處理過程雷同，隻是氧的來來源不同，產物也有所不同而已。微生物群以泥花狀態懸浮在水中的過程稱活性污泥或懸浮生長過程。微生物群沿固體表面生長的過程，稱生物膜或附著生長過程。活性污泥法和生物膜法是廢水生物處理的兩大方法。單元方法可以組合起來成為生物處理組合過程，例如活性污泥法、生物塘和灌溉的組合。

生物處理法主要方法表

　　需氧生物處理過程　活性污泥法　一般指需氧活性污泥法，是廢水生物處理法中使用最多的方法。需氧活性污泥過程也可用於消化污泥，稱需氧污泥消化法；因為不需要回流污泥，所以不設置後沉淀池。

　　生物膜法　一般指需氧生物膜法。最早出現的主要是生物濾池，可以看作是土壤自凈現象的強化。60年代以來又出現瞭生物轉盤和曝氣生物濾池；由於塑料填料的問世，生物濾池的構造也有發展，出現瞭塔式濾池。

　　生物塘　一種有控制的凈化廢水的池塘，是有意識地運用湖泊自凈現象於廢水處理的設施。除曝氣生物塘應用表面曝氣器外，其餘不用設備。有厭氧、需氧、兼性之分。需氧生物塘習慣上稱氧化塘。

　　土地處理　是城市污水灌溉法的延伸，有意識運用土壤自凈能力的廢水處理方法，起處理作用的是土壤和作物。有灌溉、漫灌和快滲等三種方法(見土地處理法)。

　　無氧氧化生物處理過程　通常指反硝化過程。需要去除氮素，以防止需氧生物處理法污水廠出水造成承接水體富營養化時采用。先使需氧生物處理過程進展到廢水中的氨，基本上都已轉化為硝酸根(稱硝化過程)。然後，在無氧情況下，讓反硝化細菌把硝酸根中的氮素轉化為氮氣（稱反硝化過程）。采用反硝化過程時，常在需氧生物處理法的流程中於生物器後插入一個反硝化生物器。

　　厭氧生物處理過程　習慣上用於處理污泥，稱污泥消化，自曝氣污泥消化法問世後，又稱厭氧污泥消化法。因為生物器(污泥消化池)需要加溫而且消化時間長（不攪拌的池子一般采用30天，充分攪拌的池子也要10天以上），所以長期來厭氧生物處理過程沒有用於廢水處理。70年代才開始用於高濃度有機廢水，流程和普通活性污泥過程相同，可稱厭氧活性污泥過程。到80年代又開始瞭用於處理城市污水的研究，為瞭降低生物器的污水逗留時間，大多采用厭氧生物濾池過程，流程和一般附著生長過程相同。為瞭改善出水的品質，常和需氧生物處理過程串聯使用。

　　生物處理法的基本機理　生物處理法種類雖多，卻有一個共同的基本機理。這就是它們都運用細菌的代謝來降低廢水的耗氧性或轉化有害物質為無害物質（如氨的硝化和反硝化），廢水和細菌必須密切接觸。

　　在生物處理過程中，廢水或污泥裡的有機物的變化可用下面的概念予以概括：並不是所有的有機物細菌都能代謝的。從耗氧性看，不能代謝的有機物進入環境時不會造成缺氧狀況，它們的減少與否是無關緊要的。細菌代謝有機物時取得生長所需要的物質和能量，產物是新的機體和化合物或單質。參與全過程的，一般不是一種細菌，往往也不是一種微生物；通常存在著多種細菌和多種微生物交替繁殖的情況。經過生物處理，廢水中可代謝（可降解）有機物的濃度降低瞭，並產生瞭新的“污泥”(機體及附著物)。有機物濃度降低的程度和新生污泥的多少，決定於采用的方法和處理的深度。分離污泥後，廢水就清澈穩定。

　　細菌獲得能量的主要機制有三類：呼吸(有氧)、無氧呼吸和發酵。需氧生物處理過程中細菌主要從呼吸取得能量；無氧氧化過程中，主要從無氧呼吸取得能量；厭氧過程中，主要從發酵取得能量。在呼吸中有機物降解的終點產物是無機物CO2、H2O、NH3、PO43-、SO42-等。在發酵中有機物的代謝明顯的分為兩步：先是腐生細菌代謝天然高分子有機物，產物是有機酸、醇等；然後厭氧的甲烷細菌代謝酸、醇為甲烷和二氧化碳等。整個過程的有機物降解產物是CO2、CH4、NH3、H2S、中間產物和腐殖質等。無氧氧化過程，一般是指反硝化過程，是有氧過程的後續過程。終點降解產物一般是CO2、H2O和N2。不論是哪類生物處理過程，有機物降解產物除氨外進入環境時不再消耗氧氣，所以說它們是穩定的。然而，新生機體卻是不穩定的。微生物內部有自體物質的代謝；微生物死亡時成為無生命的有機物，參與代謝；不同種的微生物之間有食物鏈關系。這些代謝常統稱為內源代謝。因此，從理論上看，通過需氧代謝過程，廢水中的可代謝有機物似乎是有可能全部無機化的。這就是有人設想的完全氧化過程。但是實踐表明，即使在需氧過程中，內源代謝並不能把全部新生機體轉化為無機物，有一部分最終產物是穩定的有機物，統稱腐殖質。

　　從廢水處理的角度看，耗氧性有可能基本上消除，但是新生污泥總是有的。同時，從消除耗氧性看，新生污泥的多少是無關緊要的，關鍵是要同廢水分離。由此可見，在生物處理過程中，雖然生物器起首要作用，但是後沉淀池也同樣重要，不可忽視。

　　從自然界物質循環的規律看，傳統的生物處理過程轉化污染物的作用並不完全，隻完成瞭物質循環中的有機物無機化，因此由於廢水處理廠出水的污染，而引起某些水體出現富營養化是可以理解的。然而生物塘和廢水灌溉結合起來，卻有可能使廢水中有機物通過無機化轉變為可以資用的生物，從而完成物質循環的全過程，實是一種理想的廢水處理過程。