Phần lớn vi khuẩn cĩ khả năng sinh sống và phát triển trên bề mặt vật rắn, khi cĩ đủ độ ẩm và thức ăn là các hợp chất hữu cơ, muối khống và ơxy. Chúng dính bám vào bề mặt vật rắn bằng chất Gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng cĩ thể dễ dàng di chuyển trong lớp Gelatin dính bám này. Đầu tiên vi khuẩn cư trú hình thành tập trung ở một khu vực, sau đĩ màng vi sinh khơng ngừng phát triển, phủ kín tồn bộ bề mặt vật rắn bằng một lớp tế bào. Chất dinh dưỡng (hợp chất hữu cơ, muối khống) và ơxy cĩ trong nước thải cần xử lý khuếch tán qua màng biofilm vào tận lớp xenlulơ.
Sau một thời gian, sự phân lớp hồn thành: lớp ngồi cùng là lớp hiếu khí, được ơxy khuếch tán xâm nhập, lớp giữa là lớp tùy nghi, lớp trong là lớp yếm khí khơng cĩ ơxy. Bề dày của các lớp này phụ thuộc vào loại vật liệu đỡ (vật liệu lọc). Bề dày lớp hoạt tính hiếu khí thường khoảng 300 ÷ 400 m.
Là cơng trình thiết kế nhằm mục đích phân hủy các chất hữu cơ cĩ trong nước thải nhờ quá trình ơxy hĩa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc. Trong bể thường chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám.
Bể lọc sinh học thường được phân chia thành hai dạng: bể lọc sinh học nhỏ giọt và bể lọc sinh học cao tải. Tháp lọc sinh học cũng cĩ thể được xem như là một bể lọc sinh học nhưng cĩ chiều cao khá lớn.
− Bể lọc sinh học nhỏ giọt thường dùng để xử lý sinh học hồn tồn nước thải, giá trị BOD của nước thải sau khi làm sạch đạt tới 10 ÷ 15mg/l với lưu lượng nước thải khơng quá 1000 m3/ngđ.
− Bể lọc sinh học cao tải cĩ những đặc điểm: tải trọng nước tới 10 ÷ 30m3/m2ngđ tức là gấp 10 ÷ 30 lần ở bể lọc nhỏ giọt.
− Tháp lọc sinh học: những tháp lọc sinh học cĩ thể xử dụng ở các trạm xử lý với lưu lượng dưới 50000m3/ngđ, với điều kiện địa hình thuận lợi và nồng độ nước thải sau khi làm sạch BOD là 20÷25mg/l.
Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)
Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC – Rotating Biological Contactors) được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 và hiện nay đã được sử dụng rộng rãi để xử lý BOD và Nitrat hĩa. RBC bao gồm các đĩa trịn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau. Đĩa nhúng chìm khoảng 40% trong nước thải và quay ở tốc độ chậm. Khi đĩa quay, màng sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ cĩ trong nước thải và sau đĩ tiếp xúc với ơxy. Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hĩa ơxy và luơn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí. Đồng thời đĩa quay cịn tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh khơng cịn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa qua bể lắng đợt II.
Khác với quần thể vi sinh vật ở bùn hoạt tính, thành phần lồi và và số lượng các lồi là tương đối ổn định. Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay gồm các vi khuẩn kị khí tùy tiện như : Pseudomonas , Alcaligenes , Flavobacterium , … các vi sinh vật hiếu khí như: Bacillus (thường thì cĩ ở lớp trên của màng). Khi lượng khơng khí cung cấp khơng đủ thì vi sinh vật tạo thành màng mỏng gồm các chủng vi sinh vật yếm khí như: Desulfovibrio và một số vi khuẩu sunfua, trong điều kiện yếm khí vi sinh vật thường tạo mùi khĩ chịu. Nấm và vi sinh vật hiếu khí phát triển ở màng trên, và cùng tham gia vào việc phân hủy các chất hữu cơ. Sự đĩng gĩp nấm chỉ quan trọng trong trường hợp pH nước thải thấp, hoặc các loại nước thải cơng nghiệp đặc biệt, vì nấm khơng thể cạnh tranh với các loại vi khuẩn về thức ăn trong điều kiện bình thường.