Là phương pháp xử lý nước thải nhờ vào khả năng sống và hoạt động của các lồi vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ cĩ trong nước thải thủy sản. Các sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khống chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Phương pháp này chủ yếu chia làm 2 loại là sinh học hiếu khí (cĩ mặt các lồi vi sinh vật hiếu khí) và sinh học kỵ khí (cĩ mặt các lồi vi sinh vật kỵ khí).
Phương pháp xử lý sinh học cĩ thể ứng dụng để làm sạch hồn tồn các loại nước thải cĩ chứa chất hữu cơ hồ tan hoặc phân tán nhỏ. Do vậy phương pháp này thường được áp dụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thơ.
Đây là phương pháp phổ biến và thơng dụng trong các cơng trình xử lý nước thải vì cĩ ưu điểm là giá thành hạ, dễ vận hành.
Các cơng trình đơn vị xử lý sinh học hiếu khí như: Arerotank, sinh học hiếu khí tiếp xúc (cĩ giá thể tiếp xúc), lọc sinh học hiếu khí, sinh học hiếu khí quay – RBC (Rotating Biological Contact).
Các cơng trình xử lý sinh học kỵ khí như : UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), bể lọc sinh học kỵ khí dịng chảy ngược, bể sinh học kỵ khí dịng chảy ngược cĩ tầng lọc (Hybrid Digester), bể kỵ khí khuấy trộn hồn tồn…
Quá trình xử lý sinh học gồm các bước :
Chuyển hố các hợp chất cĩ nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hồ tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh.
Tạo ra các bơng cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vơ cơ trong nước thải.
Loại các bơng cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng.