Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом потребление органических вещества микроорганизмами может происходить как в присутствии кислорода (аэробная очистка), так и без него (анаэробная очистка).

Расходование питательных ресурсов бактериальной клетки происходит в двух направлениях:

1)на прирост клеточной биомассы;

2) на получение необходимой энергии.

Существует наряду с этим и третье направление – внутриклеточное дыхание или эндогенная респирация, приводящая к окислению клеточного материала.

Биологическим путем обрабатываются, подвергаясь частичной или полной деструкции, многие виды органических загрязнений городских и производственных сточных вод. Однако, в сточных водах присутствуют иногда органические вещества, которые при этом практически не окисляются (некоторые углеводы, сложные эфиры, ПАВ, красители и т.д.).

Кроме основных элементов состава бактериальной клетки (азота, углерода, кислорода, водорода) для ее построения необходимы и другие элементы, таки как фосфор, калий в определенных количествах. При очистке сточных вод необходимо выдерживать соотношение БПК _пол:N :Р =100:5:1.

Органические вещества сточных вод могут находиться в растворенном, коллоидном и нерастворенном состояниях. Микроорганизмы используют питательные вещества лишь в виде молекул-мономеров, находящихся в растворе, поэтому процесс биологической очистки сточных вод состоит из трех этапов:

1 этап – сорбционное изъятие активным илом или биопленкой загрязнений из сточных вод;

2 этап – неклеточная переработка бактериями загрязнений с помощью выделяемых ими пищеварительных ферментов или экзоферментов. Они взаимодействуют с частицами веществ и осуществляют гидролитическое расщепление сложных молекул органических веществ до простых, могущих пройти через оболочку клетки впоследствии;

3 этап – внутриклеточная переработка (ассимиляция) органических веществ и получение необходимой энергии с помощью внутренних пищеварительных ферментов (эндоферментов) с образованием СО₂,Н₂О и окисленных форм азота. Синтез ферментов происходит внутри бактериальной клетки.

В образовании ферментов заключается основной смысл присутствия микроорганизмов в собраниях биологической очистки сточных вод. Сущность действия ферментов состоит в том, что они снижают энергию активации, необходимую для разрыва углеродной связи органического соединения.