Trong điều kiện cưỡng bức, hệ vi sinh vật là tác nhân xử lý nước thải sinh trưởng và phát triển trong trạng thái lơ lửng thành bông bùn hoạt tính (công trình bùn hoạt tính) hoặc dính bám thành màng sinh học (công trình lọc sinh học). Các quá trình oxy hóa sinh hóa chất hữu cơ trong công trình XLNT có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí (có oxy tự do), thiếu khí (thiếu oxy tự do nhưng có oxy liên kết dưới dạng nitrat hoặc sunfat) hoặc yếm khí (lên men). Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải được nêu trong Bảng 2.

Bảng 2. Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo

Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải trong Bảng 1 dựa trên nồng độ BOD của nước thải. Đối với BOD5 > 500 mg/l thì xử lý sinh học kỵ khí, BOD5 < 500 mg/l thì xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính hoặc dưới 300 mg/l có thể xử lý sinh học bằng màng sinh học. 

Hai công nghệ xử lý nước thải truyền thống bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo (bùn hoạt tính và lọc sinh học) cần có bước xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học. Mức độ yêu cầu thực tế sẽ phụ thuộc vào hàm lượng chất rắn có trong nước thải, đối với nước thải có hàm lượng chất rắn thấp có thể không cần bước xử lý sơ bộ. Điều này dẫn đến tiết kiệm chi phí đầu tư và có một số lợi ích trong quá trình vận hành bao gồm cả việc đơn giản hoá các quy trình xử lý. Hơn nữa, đặc biệt quan trọng đối với các trạm xử lý ở gần các khu vực đô thị do giảm phát sinh mùi hôi thối. Quá trình xử lý bùn sơ bộ thường kèm theo hàm lượng đáng kể các chất hữu cơ và có thể cao hơn trong từng điều kiện khí hậu cụ thể dẫn đến hình thành mùi hôi thối.

Việc lựa chọn các phương pháp và công trình xử lý sinh học nước thải thường dựa vào nồng độ và trạng thái các chất hữu cơ dễ bị oxy hoá sinh hoá trong nước thải. Hầu hết xử lý sinh học nước thải đô thị cần có quá trình cấp khí cũng như các yếu tố kiểm soát khác. Kiểm soát quá trình XLNT có thể bằng các yếu tố cưỡng bức (xử lý trong điều kiện nhân tạo) hoặc nhờ vào các yếu tố tự nhiên (khuếch tán oxy bề mặt nhờ gió thổi, quang hợp, dinh dưỡng thực vật,…),…

Đối với quá trình XLNT trong điều kiện tự nhiên, tác nhân sinh học để phân hủy và chuyển hóa các chất ô nhiễm là hệ sinh vật (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, vi tảo, động vật nguyên sinh,…), thực vật, động vật thủy sinh trong nước và trong đất. Các công trình là hồ sinh học (hồ yếm khí, hồ tùy tiện và hồ hiếu khí), công trình đất ướt nhân tạo (cánh đồng hoặc bãi lọc trồng cây,…). 

Các công trình XLNT trong điều kiện tự nhiên phụ thuộc vào yếu tố môi trường và khó kiểm soát. Quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm diễn ra chậm. Để các công trình XLNT bằng phương pháp sinh học hoạt động ổn định, thành phần cũng như tính chất nước thải phải ổn định và đảm bảo các điều kiện tốt cho sự phát triển của vi sinh vật.

Về công nghệ XLNT, công nghệ sinh học cho XLNT đô thị được sử dụng là vì nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới, nhiệt độ phù hợp cho sự phát triển của vi sinh nên tăng cường quá trình trao đổi chất của vi sinh vật, tăng khả năng chuyển hóa dẫn đến hiệu quả xử lý cao, diện tích sử dụng đất thấp đồng thời không sử dụng hóa chất trong quá trình hoạt động, chi phí vận hành thấp. Việc lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý hợp lý có ý nghĩa quyết định đối với hiệu quả đầu tư.

(Nguồn: Nghiên cứu đề xuất các yếu tố lựa chọn công nghệ xử lý nước thải đô thị