Στην πλειονότητα των μονάδων ο βιολογικός καθαρισμός των λυμάτων και των αποβλήτων περιλαμβάνει συνοπτικά τα παρακάτω στάδια (εικ. 1):
• πρωτογενής επεξεργασία: Με φυσικές μεθόδους (εσχαρισμός, διήθηση) επιτυγχάνεται η απομάκρυνση των στερεών συστατικών μεγάλου μεγέθους. Ακολουθεί καθίζηση και η λάσπη που σχηματίζεται αποσυντίθεται και μπορεί, μετά από κατάλληλη επεξεργασία, να χρησιμοποιηθεί ως λίπασμα.
• δευτερογενής επεξεργασία: Κατάλληλα επιλεγμένοι μικροοργανισμοί διασπούν, αερόβια ή αναερόβια, τις οργανικές ουσίες των λυμάτων και των αποβλήτων σε τέτοιο βαθμό ώστε η διοχέτευσή τους σε ποτάμια, λίμνες ή θάλασσες να μη ρυπαίνει σημαντικά το υδάτινο περιβάλλον.
Η επιλογή των μικροοργανισμών γίνεται συνήθως από περιοχές που έχουν υποστεί ρύπανση για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα από τις ουσίες που θέλουμε να διασπασθούν. Εργαστηριακά και με την εφαρμογή τεχνικών κλασικής γενετικής και ανασυνδυασμένου DNA, δημιουργούνται τροποποιημένοι τύποι αυτών των μικροοργανισμών με ιδιότητες που επιταχύνουν τη διάσπαση των συγκεκριμένων ουσιών.
Κατά την αερόβια διάσπαση, μικροοργανισμοί μετατρέπουν τις οργανικές ουσίες σε διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, νιτρικά, φωσφορικά και θειικά άλατα. Η παραπάνω διαδιακασία πραγματοποιείται σε μια δεξαμενή (πρωτοβάθμια δεξαμενή) στην οποία χορηγείται αέρας ή οξυγόνο. Το υγρό που περιέχει τους μικροοργανισμούς μεταφέρεται σε μια δεύτερη δεξαμενή (δευτεροβάθμια δεξαμενή βιομάζας), στην οποία η μικροβιακή βιομάζα καθιζάνει, έχοντας καταναλώσει μεγάλη ποσότητα οργανικής ύλης.
Το ίζημα που αποτελείται από συσσωματώματα μικροοργανισμών και ουσίες που δεν αποσυντέθηκαν μεταφέρεται σε μεγάλες κλειστές δεξαμενές , τους βιοαντιδραστήρες, όπου θα υποστεί αναερόβια διάσπαση με τη συνδυασμένη δράση ποικιλίας μικροοργανισμών. Τα κύρια προϊόντα της αναερόβιας διάσπασης είναι το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας.
• τριτογενής επεξεργασία: Με την εφαρμογή φυσικοχημικών μεθόδων επιτυγχάνεται σημαντική μείωση της συγκέντρωσης των ανόργανων συστατικών, κυρίως των φωσφορικών και των νιτρικών αλάτων, στα λύματα. Τέλος με την προσθήκη χλωρίου τα λύματα απαλλάσσονται από τους μικροοργανισμούς.
