利用微生物的代謝作用除去廢水中有機(jī)污染物的一種方法，亦稱(chēng)廢水生物化學(xué)處理法，簡(jiǎn)稱(chēng)廢水生化法，分需氧生物處理法和厭氧生物處理法兩種。
需氧生物處理法 利用需氧微生物在有氧條件下將廢水中復(fù)雜的有機(jī)物分解的方法。
生活污水中的典型有機(jī)物是碳水化合物、合成洗滌劑、脂肪、蛋白質(zhì)及其分解產(chǎn)物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。這些有機(jī)物可按生物體系中所含元素量的多寡順序表示為COHNS。在廢水需氧生物處理中全部反應(yīng)可用以下兩式表示：
微生物細(xì)胞+COHNS+O2—→較多的細(xì)胞+CO2+H2O+NH3
生物體系中這些反應(yīng)有賴(lài)于生物體系中的酶來(lái)加速。酶按其催化反應(yīng)分為：氧化還原酶：在細(xì)胞內(nèi)催化有機(jī)物的氧化還原反應(yīng)，促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，使其與氧化合或脫氫?？煞譃檠趸负瓦€原酶。氧化酶可活化分子氧，作為受氫體而形成水或過(guò)氧化氫。還原酶包括各種脫氫酶，可活化基質(zhì)上的氫，并由輔酶將氫傳給被還原的物質(zhì)，使基質(zhì)氧化，受氫體還原。水解酶：對(duì)有機(jī)物的加水分解反應(yīng)起催化作用。水解反應(yīng)是在細(xì)胞外產(chǎn)生的最基本的反應(yīng)，能將復(fù)雜的高分子有機(jī)物分解為小分子，使之易于透過(guò)細(xì)胞壁。如將蛋白質(zhì)分解為氨基酸，將脂肪分解為脂肪酸和甘油，將復(fù)雜的多糖分解為單糖等。此外還有脫氨基、脫羧基、磷酸化和脫磷酸等酶。
許多酶只有在一些稱(chēng)為輔酶和活化劑的特殊物質(zhì)存在時(shí)才能進(jìn)行催化反應(yīng)，鉀、鈣、鎂、鋅、鈷、錳、氯化物、磷酸鹽離子在許多種酶的催化反應(yīng)中是不可缺少的輔酶或活化劑。
在需氧生物處理過(guò)程中，污水中的有機(jī)物在微生物酶的催化作用下被氧化降解，分三個(gè)階段：第一階段，大的有機(jī)物分子降解為構(gòu)成單元——單糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第二階段中，第一階段的產(chǎn)物部分地被氧化為下列物質(zhì)中的一種或幾種：二氧化碳、水、乙酰基輔酶A、α-酮戊二酸(或稱(chēng)α-氧化戊二酸)和草醋酸(又稱(chēng)草酰乙酸)。第三階段(即三羧酸循環(huán)，是有機(jī)物氧化的最終階段)是乙酰基輔酶A、α-酮戊二酸和草醋酸被氧化為二氧化碳和水。有機(jī)物在氧化降解的各個(gè)階段，都釋放出一定的能量。
厭氧生物處理法 主要用于處理污水中的沉淀污泥，因而又稱(chēng)污泥消化，也用于處理高濃度的有機(jī)廢水。這種方法是在厭氧細(xì)菌或兼性細(xì)菌的作用下將污泥中的有機(jī)物分解，最后產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等氣體，這些氣體是有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的能源。中國(guó)大量建設(shè)的沼氣池就是具體應(yīng)用這種方法的典型實(shí)例。消化后的污泥比原生污泥容易脫水，所含致病菌大大減少，臭味顯著減弱，肥分變成速效的，體積縮小，易于處置。
城市污水沉淀污泥和高濃度有機(jī)廢水的完全厭氧消化過(guò)程可分為三個(gè)階段(見(jiàn)圖)。在第一階段，污泥中的固態(tài)有機(jī)化合物借助于從厭氧菌分泌出的細(xì)胞外水解酶得到溶解，并通過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞中進(jìn)行代謝的生化反應(yīng)。在水解酶的催化下，將復(fù)雜的多糖類(lèi)水解為單糖類(lèi)，將蛋白質(zhì)水解為縮氨酸和氨基酸，并將脂肪水解為甘油和脂肪酸。第二階段是在產(chǎn)酸菌的作用下將第一階段的產(chǎn)物進(jìn)一步降解為比較簡(jiǎn)單的揮發(fā)性有機(jī)酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性有機(jī)酸，以及醇類(lèi)、醛類(lèi)等；同時(shí)生成二氧化碳和新的微生物細(xì)胞。
第一、二階段又稱(chēng)為液化過(guò)程。第三階段是在甲烷菌的作用下將第二階段產(chǎn)生的揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳，因此又稱(chēng)為氣化過(guò)程，其反應(yīng)可用下式表示：
一些有機(jī)酸或醇的氣化過(guò)程舉例如下：
丙酸：4CH3CH2COOH+2H2O—→5CO2+7CH4
甲醇：4CH3OH—→CO2+3CH4+2H2O
乙醇：2CH3CH2OH+CO2—→2CH3COOH+CH4
為了使厭氧消化過(guò)程正常進(jìn)行，必須將溫度、pH、氧化還原電勢(shì)等保持在一定的范圍內(nèi)，以維持甲烷菌的正?；顒?dòng)，保證及時(shí)地和完全地將第二階段產(chǎn)生的揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化成甲烷。
生物化學(xué)反應(yīng)的速率直接受溫度的影響。進(jìn)行厭氧消化的微生物有兩類(lèi)：中溫消化菌和高溫消化菌。前者的適應(yīng)溫度范圍為17℃～43℃，最佳溫度為32℃～35℃；后者則在50℃～55℃具有最佳反應(yīng)速率。
近年來(lái)，厭氧消化處理法發(fā)展到應(yīng)用于處理高濃度有機(jī)廢水，如屠宰場(chǎng)廢水、肉類(lèi)加工廢水、制糖工業(yè)廢水、酒精工業(yè)廢水、罐頭工業(yè)廢水、亞硫酸鹽制漿廢水等，比采用需氧生物處理法節(jié)省費(fèi)用。
利用生物法處理廢水的具體方法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、土地處理系統(tǒng)和污泥消化等。
