廢水生物處理是利用微生物的生命活動，對廢水中呈溶解態或膠體狀態的有機污染物降解作用，從而使廢水得到凈化的一種處理方法。
隨著工業的發展，污水成分已愈來愈復雜。某些難降解的有機物質和有毒物質，需要運用微生物的方法進行處理，污水具備微生物生長和繁殖的條件，因而微生物能從污水中獲取養分，同時降解和利用有害物質，從而使污水得到凈化。
根據作用微生物的不同，生物處理又分為需氧生物處理法和厭氧生物處理法兩種類型。
1、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雜的有機物分解的方法。當廢水同微生物接觸后，水中的有機物進入菌體內，在菌體內通過分解代謝過程被氧化降解，產生的能量供細菌生命活動的需要；一部分氧化中間產物通過合成代謝成為新的細胞物質，使細菌得以生長繁殖。
2、厭氧生物處理法
主要用于處理污水中的沉淀污泥，因而又稱污泥消化，也用于處理高濃度的有機廢水。這種方法是在厭氧細菌或兼性（好氧兼厭氧）細菌的作用下將污泥中的有機物分解，產生甲烷和二氧化碳等氣體，這些氣體是有價值的能源。
除此之外，廢水的生物處理技術還可以分為：生物化學法、生物絮凝法、生物吸附法。
1、生物化學法
通過微生物處理含重金屬廢水，將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。
2、生物絮凝法
利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。微生物絮凝劑是一類由微生物產生并分泌到細胞外，具有絮凝活性的代謝物。
3、生物吸附法
利用生物體本身的化學結構及成分特性來吸附溶于水中的金屬離子，再通過固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法。
廢水中的污染物種類繁多，不可能只用一種處理方法就能把所有的污染物質除凈，所以一般往往要通過幾種方法處理系統進行處理才能達到要求。須根據廢水的水質和水量、排放標準選擇合適的污水處理方法。
微生物在廢水生物處理中的作用
主要有三個作用：
①去除溶解性有機物（以COD或BOD5表示）（將其轉化成CO2和H2O），去除其它溶解性無機營養元素如N（最終轉化為N2氣）、P（轉化為富含磷的剩余污泥從水中分離出來）等；
②絮凝沉淀和降解膠體狀固體物（某些難降解顆粒或膠體狀有機物，可以通過微生物產生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物質發生沉淀，與剩余污泥一同被排出系統；或通過吸附較長期地滯留在系統內而被緩慢降解）；
③穩定有機物（某些有毒有害難降解有機物可以被微生物初步分解或部分降解，而減輕毒性作用或得到部分穩定，或最終被完全轉化為無機物而得到穩定）。
微生物代謝過程簡介
微生物代謝是指微生物吸收營養物質維持生命和增殖并降解基質的一系列化學反應過程，包括有機物的降解和微生物的增殖。在分解代謝中，有機物在微生物作用下，發生氧化、放熱和酶降解過程，使結構復雜的大分子降解；合成代謝中，微生物利用營養物及分解代謝中釋放的能量，發生還原吸熱及酶的合成過程，使微生物生長增殖。內源呼吸是細胞質進行自身氧化并放出能量的過程，當有機物充足時，細胞質得到大量合成，而內源呼吸則并不顯著；當缺乏營養時，則只能通過內源呼吸吸收氧化自身的細胞物質而獲得微生物生命活動所需的能量。
新陳代謝(Metabolism)：簡稱“代謝”，是生命活動的基本過程，是維持生物體的生長、繁殖、運動等生命活動的基礎。反應總和：為生命體與內、外界所進行的一切化學反應的總和。
1、廢水生物處理過程中微生物代謝過程
2、微生物代謝的基本要素
①能源：化學能，或光能——化能營養型、光能營養型；
②碳源：有機碳，或無機碳——異養型、自養型；
③無機營養元素——又分為宏量元素，如：N、P、S、K、Ca、Mg等，在處理工業廢水時，N、P元素與所需要去除的有機污染物之間的營養平衡問題有時會很關鍵，必要時就需要在進行中投加一定量的N、P；以及微量元素，如Fe、Co、Ni、Mo等，微量元素對于某些特殊的細菌如產甲烷細菌等的生長十分重要，因此在設計和運行厭氧生物反應器時，應給予足夠的重視，否則會出現所謂的“微量元素缺乏癥”；
④特殊有機營養物（也稱生長因子，如維生素、生物素等）：對于某些特殊細菌，某些特殊的維生素對其生長的影響會很大，因此，在必要時應考慮補充。
3、廢水生物處理中涉及的微生物代謝過程主要有：
①化能異養型代謝：在廢水生物處理中最主要的代謝形式，主要用于對廢水中有機物的去除，包括主要的好氧細菌和厭氧細菌；
②化能自養型代謝：也是廢水生物處理中常見的一種代謝形式，主要包括硝化細菌（將氨氮氧化為亞硝酸鹽，或進一步氧化為硝酸鹽）、氫細菌（對其的應用還處在研究階段）、鐵細菌等；
③光合異養型代謝：利用光合細菌以高濃度有機廢水為基質生產菌體蛋白；
④光合自養型代謝：在廢水生物處理中少有應用。