Nguyên lý xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học là dựa trên cơ sở hoạt động sống của vi sinh vật cĩ trong nước thải. Từ cơ sở này chúng ta chia thành : phương pháp xử lý kỵ khí và phương pháp xử lý hiếu khí.
Tuỳ điều kiện cụ thể như: tính chất và khối lượng của nước thải, khí hậu, địa hình, mặt bằng nơi cần xử lý, kinh phí cho phép với cơng nghệ thích hợp, người ta sẽ chọn một trong những phương pháp trên hoặc kết hợp chúng với nhau. Các phương pháp sinh học ở mức độ cơng nghệ khác nhau đều được xử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải và làm sạch các nguồn nước bị ơ nhiễm. Làm sạch nước thải bằng biện pháp sinh học là lợi dụng các vi sinh vật cĩ ở trong nước , sử dụng các chất dinh dưỡng ở mơi trường nước làm nguồn năng lượng và vật chất tế bào. Chúng phân huỷ các chất hữu cơ thành CO2, nước và muối khống, khử một số chất thành NO3-, NO2-, N2, CH4,…
Các phương pháp sinh học cĩ những ưu điểm sau:
− Cĩ thể xử lý nước thải cĩ nồng độ nhiễm bẩn các chất hữu cơ tương đối rộng.
− Hệ thống cĩ thể tự điều chỉnh theo phổ các chất nhiễm bẩn và nồng độ các chất nhiễm bẩn.
− Thiết kế và trang thiết bị đơn giản Đồng thời cĩ những nhược điểm:
− Phải cĩ chế độ cơng nghệ làm sạch đồng bộ và hồn chỉnh
− Các chất hữu cơ khĩ phân huỷ cũng như các chất cĩ độc tính ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch. Các chất cĩ độc tính tác động đến quần thể sinh vật nĩi chung và trong bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất xử lý của quá trình.
− Cĩ thể phải làm lỗng nước thải cĩ nồng độ chất bẩn cao, như vậy sẽ làm tăng lượng nước thải.
Tuy cịn một số nhược điểm nhưng các phương pháp sinh học vẫn được dùng phổ biến một cách rộng rãi và thích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân huỷ.