Đây là một biện pháp được nhiều người đặc biệt quan tâm và sử dụng. Biện pháp sinh học này đóng vai trò rất lớn cũng như quy mô và chi phí đầu tư so với các biện pháp vật lý, hoá học. Ưu điểm của biện pháp này là giảm thiểu khả năng tái ô nhiễm môi trường, điều mà có thể xảy ra nếu sử dụng các biện pháp khác.
Biện pháp này tận dụng một ưu điểm rất hữu ích của vi sinh vật là khả năng đồng hoá được nhiều loại cơ chất khác nhau như: tinh bột, cellulose, dầu mỏ và các dẫn xuất của nó cho đến các hợp chất cao phân tử khác như protein, lipid, hay cả các kim loại nặng như chì, thuỷ ngân …
Nguyên lý chính của phương pháp này là sử dụng các chất khoáng và chất hữu cơ có sẵn trong nước thải tạo môi trường sống cho các vi sinh vật có thể biến đổi các hợp chất khó phân giải thành các chất đơn giản hơn. Trong quá trình này vi sinh vật sẽ tiếp thu các chất làm vật liệu để xây dựng tế bào, từ đó phát triển và sinh sản làm cho sinh khối tăng lên.
Các loại nước thải công nghiệp chứa các chất bẩn hòa tan hay phân tán nhỏ có thể được làm sạch hoàn toàn. Do vậy biện pháp xử lý chất thải sinh học này thường được dùng sau khi chất thải đã được loại bỏ các tạp chất phân tán thô.
Làm sạch không khí hay làm sạch nước bằng phương pháp xử lý sinh học đều rất quan trọng, tuy nhiên nó có lịch sử lâu đời hơn nhiều trong việc áp dụng vào thực tiễn.
Theo như giải pháp của kỹ thuật này thì nó cần kinh phí đầu tư ít hơn so với làm sạch không khí. Thiết bị sử dụng chỉ là các bể chứa nước, trong các bể có mặt thêm các nấm và vi khuẩn có thể để phân rã các chất hữu cơ. Nước thải cần xử lý cũng có thể chứa các kim loại năng và các chất hữu cơ khó phân hủy.
Nước thải khi được làm sạch thì sẽ giải phóng các chất khoáng và các chất hữu cơ và chất rắn khác ra khỏi nước. Sau đó nước đó sẽ chảy vào sông hoặc suối và tiếp tục phân huỷ các chất hữu cơ thành các chất tan không hại cho môi trường bằng các enzyme.
Hàm lượng các chất hữu cơ được phân rã bởi vi sinh vật được đánh giá theo chỉ số “tiêu thụ sinh học oxy” BOD. Đấy là số lượng oxy cần cho vi sinh vật để oxy-hoá vật liệu hữu cơ trong quá trình hô hấp. Thí dụ BOD5 có nghĩa là số lượng oxy (mg) cần cho vi sinh vật trong quá trình phân rã các chất hữu cơ thời gian 5 ngày. Chỉ số “tiêu thụ hóa học oxy” (COD) biểu thị số lượng oxy cần trong quá trình oxy hóa hóa học hoàn toàn các chất nói trên đến CO2 và H2O.
Các giai đoạn hoạt động để xử lý chất thải bằng biện pháp sinh học.
1) Hồ thứ nhất để lắng các chất nặng và dễ lắng.
2) Hồ thứ hai Oxy hóa bằng vi sinh vật các chất hữu cơ hòa tan với việc sử dụng bùn hoạt tính và biofilter.
3) Ủ phần cặn thu được từ hồ nước thứ nhất và thứ hai trong phần hầm biogas ở điều kiện yếm khí, kết quả thu được methane và cặn. Sau đó từ cặn ta sẽ tách nước và thu được compost và sử dụng nó để đốt hoặc làm phân.
Phần nước sạch đã được xử lý có thể thải trực tiếp vào sông hay ao hồ. Nước được xử lý chứa các ion như phosphate, nitrate và ammonia, v.v sản phẩm của quá trình khoáng hóa. Với nước thải này có thể sử dụng để tưới vườn hay làm phân bón có thể loại bỏ được các khả năng gây nhiễm bẩn các hồ chứa nước có. Kỹ thuật của vấn đề làm sạch nước thải có rất nhiều phương án.
BẢNG 7.4 : Nồng độ giới hạn cho phép của các chất trong nước thải (CCP) đưa vào các công trình làm sạch bằng biện pháp sinh học.
Ngoài ra, các điều kiện của môi trường như hàm lượng O2, pH, nhiệt độ của nước thải … cũng phải nằm trong một giới hạn nhất định để bảo đảm sự sinh trưởng, phát triển bình thường của các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý.