به طور طبیعی در اثر فعالیت میکروارگانیسمها، مواد آلی به دی اکسیدکربن، کربن، آب و بخش کمی از آنها نیز به ترکیبات معدنی پایدار تجزیه می شوند. این روش به دو صورت هوازی و بی هوازی انجام می شود.
- تصفیه هوازی
این تصفیه در حضور اکسیژن انجام می شود :
1) سیستم پخش ارگانیسمها در پساب و سپس تصفیه آنها نمونه ای از روش لجن فعال شده است. سایر روشها عبارتند از: روش حوضچة اکسایش از نوع هوادهی و روش حوضچة اکسایش بیولوژیکی.
2) سیستم تثبیت ارگانیسمها در ماده : این سیستم حاوی پوسته نازکی از میکروارگانیسمهاست که به ماده جامد چسبیده اند و با برخورد آنها به پساب، عمل تصفیه آب صورت می گیرد. این روش پوسته نازک حیاتی نامیده می شود. دراین سیستم روشهایی نظیر صافی قطره ای، دیسک چرخان، هوادهی تماسی، آبیاری زمین و صافی شنی متناوب بکار برده می شود.
مواد آلی پساب توسط میکروارگانیسمهای هوازی می توانند به روش زیر تجزیه شوند :
میکروارگانیسمهای تصفیه کننده پساب در حالت کلی به دو شکل می توانند وجود داشته باشند:
1) به فرم مواد معلق پاشیده شده به شکل لخته در آب
2)به صورت مواد ته نشین شده بر روی مواد جامد شناور موجود درآب .
معمولاً در روش تصفیه، مورد اول روش لجن فعال شده و مورد دوم روش پوسته حیاتی نامیده می شود.
- تصفیه بی هوازی
درتصفیه بی هوازی، فرآیند تصفیه در مکانهای عاری از اکسیژن صورت می گیرد و تفاوت چندانی با نوع هوازی ندارد. نمونه بارز تصفیه بی هوازی شامل دوروش گرم وسرد است. علاوه براین سیستم مذکور برای تصفیه شیرابه مواد زائد حجیم مؤثر است.
روش کار بدین ترتیب است که در مرحلة اول ، مقدار ماده آلی در این سیستم کاهش یابد و سپس عمل تصفیه با دستگاه تصفیه بی هوازی انجام شود. علاوه بر این، از سیستم مذکور به طور گسترد های بعنوان روش تصفیة لجن اضافی تولید شده در فرآیند لجن فعال، استفاده می گردد. روش تصفیه بیولوژیکی منحصراً در تصفیه فاضلاب شهری به کار می رود.