Yếu tố quan trọng nhất của biện pháp sinh học để xử lý nước thải là sử dụng bùn hoạt tính (activated sludge) hoặc màng sinh vật.

- Bùn hoạt tính cũng như màng sinh vật là tập hợp tất cả các loại vi sinh vật khác nhàu.
- Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước 3 -150 μm. bao gồm các vi sinh vật sống và cơ chất rắn (40%). Những vi sinh vật sống bao gòm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, một số nguyên sinh động vật, dòi, giun.

Màng sinh vật phát triển ở bề mặt các vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ 1-3mm hoặc hơn. Màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải, từ vàng xám đến nâu tối. Màng sinh vật cũng bao gồm vi khuẩn , nấm men, nấm mốc và một số động vật nguyên sinh khác.
Trong quá trình xử lý, nước thải sau khi qua bể lọc sinh vật có mang theo các hạt của màng sinh vật với các hình dạng khác nhau, kích thước từ 15 - 30μm, có màu vàng xám và nâu.

Muốn đưa bùn hoạt tính vào các thiết bị xử lý, cần thức hiện một quá trình gọi là "khởi động" tức là quá trình để cho các loại bùn gốc ban đầu (thường kém về khả năng lắng và hoạt tính) được nuôi dưỡng để trở thành loại bùn có hoạt tính cao và tính kết lắng tốt. Có thể gọi đó là quá trình "hoạt hoá" bùn hoạt tính.

Cuối thời kỳ "khởi động" bùn sẽ có dạng hạt. Các hạt này có độ bền cơ học khác nhau, có mức độ vỡ ra khác nhau khi chịu tác động khuấy trộn. Sự tạo hạt của bùn ở dạng này hay dạng khác phụ thuộc vào tính chất và nồng độ cùa bùn gốc, chất lượng môi trường cho thêm vào để hoạt hoá bùn, phương thức hoạt hoá và cuối cùng là thành phần các chất có trong nước thải.

Loại bùn gốc tốt nhất lấy từ bùn ở các thiết bị xử lý nước thải đang hoạt động. Nếu không có loại này thì có thể lấy loại bùn chưa thích nghi như bùn lấy từ các bể xử lý theo kiểu tự hoại, bùn cống rãnh, kênh vạch ô nhiễm nhiều, bùn phân heo, phân bò đã phân huỷ ... Các vi sinh vật chứa trong bùn này nghèo về số lượng nhưng đa dạng về chủng loại.

Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên
Cơ sở khoa học của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nước dưới tác động của các tác nhân sinh học có trong tự nhiên, nghĩa là thông qua hoạt động tổng hợp của các tác nhân từ động vật, thực vật đến vi sinh vật để làm biến đổi nguồn nước thải bị nhiễm bẩn bởi các hợp chất hữu cơ và vô cơ, và từ đó tiến tới giảm đước các chỉ số COD và BOD của nước thải xuống tới mức cho phép khiến các nguồn nước này có thể sử dungh tưới cho cây trồng hay dùng để nuôi các loại thuỷ sản.

Biện pháp xử lý này thường áp dụng đối với các loại nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn không cao hoặc nước thải sinh hoạt
Việc xử lý nước thải này được thực hiện bằng các cánh đồng tưới, bãi lọc hoặc hồ sinh học.

Diễn biến của quá trình xử lý như sau: Người ta cho nước thải chảy qua các khu ruộng đang canh tác hoặc những cánh đồng trống không canh tác được ngăn bờ tạo thành những ô thửa, hoặc cho nước thải chảy vào các ao, hồ có sẵn.

Nước thải ở trong các thuỷ vực này sẽ thấm qua các lớp đất bề mặt, cặn sẽ được giữ lại ở đáy. Trong quá trình tồn lưu nước ở đây, dưới tác động của vi sinh vật cùng cac loại tảo, thực vật sẽ xảy ra quá trình oxy hoá sinhh học, chuyển hoá các hợp chất hữu cơ phực tạp thành các chất đơn giản hơn, thậm chí có thể bị khoáng hoá hoàn toàn.

Như vậy, sự có mặt của oxygen không khí trong các mao quản của đất hoặc oxygen được thải ra do hoạt động quang hợp của tảo và thực vật sẽ là yếu tố quan trọng, cần cho quá trình oxy hoá nguồn nước thải.

Càng xuống lớp đất ở dưới sâu lượng oxygen càng ít đi, vì vậy sẽ ảnh hưởng đến quá trình oxy hoá, làm quá trình này giảm dần. Cuối cùng đến một độ sâu nhất định chỉ còn lại hoạt động của vi khuẩn gây quá trình khử nitrat.

Quá trình xử lý này cho thấy ngoài việc làm sạch nguồn nước thải, con người còn sử dụng chính nguồn nước đã được xử lý này để phục vụ tưới cho cây trồng trên đồng ruộng hay để nuôi các loại thuỷ sản.

Tùy theo phương pháp xử lý mà nguồn nước sau xử lý sẽ được ứng dụng khác nhau:
- Ở phương pháp xử lý bằng cánh đồng tưới và bãi lọc chức năng xử lý nước thải là chủ yếu, còn tác dụng phục vụ nông nghiệp (nước tưới cho cây trồng) là thứ yếu.

- Ở biện pháp hồ sinh học thì ngoài nhiệm vụ xử lý bằng nước thải, biện pháp này còn phục vụ cho việc nuôi trồng thuỷ sản, cung cấp nguồn nước tưới cho cây trồng và giúp điều hoà dòng chảy của nước mưa trong hệ thống nước thải của các đô thị.
Ở các đô thị của Việt Nam có rất nhiều ao hồ, sông rạch, do vậy việc xử lý nước thải sinh hoạt thành phố bằng biện pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên là khá thích hợp. Biện pháp này ít tốn kém vốn đầu tư, việc bảo trì, vận hành khồn đòi hỏi có người quản lý thường xuyên. Ngoài ra, các hình thức xử lý này ít nhiều cũng quen thuộc với người dân Việt Nam qua việc trước nay thường sử dụng ao hồ để thả bèo, nuôi tôm cá.

Theo VOER/moitruong