废水生物处理是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用，从而使废水得到净化的一种处理方法。
随着工业的发展，污水成分已愈来愈复杂。某些难降解的有机物质和有毒物质，需要运用微生物的方法进行处理，污水具备微生物生长和繁殖的条件，因而微生物能从污水中获取养分，同时降解和利用有害物质，从而使污水得到净化。
根据作用微生物的不同，生物处理又分为需氧生物处理法和厌氧生物处理法两种类型。
1、需氧生物处理法
利用需氧微生物在有氧条件下将废水中复杂的有机物分解的方法。当废水同微生物接触后，水中的有机物进入菌体内，在菌体内通过分解代谢过程被氧化降解，产生的能量供细菌生命活动的需要；一部分氧化中间产物通过合成代谢成为新的细胞物质，使细菌得以生长繁殖。
2、厌氧生物处理法
主要用于处理污水中的沉淀污泥，因而又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性（好氧兼厌氧）细菌的作用下将污泥中的有机物分解，产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有价值的能源。
除此之外，废水的生物处理技术还可以分为：生物化学法、生物絮凝法、生物吸附法。
1、生物化学法
通过微生物处理含重金属废水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。
2、生物絮凝法
利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物。
3、生物吸附法
利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。
废水中的污染物种类繁多，不可能只用一种处理方法就能把所有的污染物质除净，所以一般往往要通过几种方法处理系统进行处理才能达到要求。须根据废水的水质和水量、排放标准选择合适的污水处理方法。
微生物在废水生物处理中的作用
主要有三个作用：
①去除溶解性有机物（以COD或BOD5表示）（将其转化成CO2和H2O），去除其它溶解性无机营养元素如N（最终转化为N2气）、P（转化为富含磷的剩余污泥从水中分离出来）等；
②絮凝沉淀和降解胶体状固体物（某些难降解颗粒或胶体状有机物，可以通过微生物产生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物质发生沉淀，与剩余污泥一同被排出系统；或通过吸附较长期地滞留在系统内而被缓慢降解）；
③稳定有机物（某些有毒有害难降解有机物可以被微生物初步分解或部分降解，而减轻毒性作用或得到部分稳定，或最终被完全转化为无机物而得到稳定）。
微生物代谢过程简介
微生物代谢是指微生物吸收营养物质维持生命和增殖并降解基质的一系列化学反应过程，包括有机物的降解和微生物的增殖。在分解代谢中，有机物在微生物作用下，发生氧化、放热和酶降解过程，使结构复杂的大分子降解；合成代谢中，微生物利用营养物及分解代谢中释放的能量，发生还原吸热及酶的合成过程，使微生物生长增殖。内源呼吸是细胞质进行自身氧化并放出能量的过程，当有机物充足时，细胞质得到大量合成，而内源呼吸则并不显著；当缺乏营养时，则只能通过内源呼吸吸收氧化自身的细胞物质而获得微生物生命活动所需的能量。
新陈代谢(Metabolism)：简称“代谢”，是生命活动的基本过程，是维持生物体的生长、繁殖、运动等生命活动的基础。反应总和：为生命体与内、外界所进行的一切化学反应的总和。
1、废水生物处理过程中微生物代谢过程
2、微生物代谢的基本要素
①能源：化学能，或光能——化能营养型、光能营养型；
②碳源：有机碳，或无机碳——异养型、自养型；
③无机营养元素——又分为宏量元素，如：N、P、S、K、Ca、Mg等，在处理工业废水时，N、P元素与所需要去除的有机污染物之间的营养平衡问题有时会很关键，必要时就需要在进行中投加一定量的N、P；以及微量元素，如Fe、Co、Ni、Mo等，微量元素对于某些特殊的细菌如产甲烷细菌等的生长十分重要，因此在设计和运行厌氧生物反应器时，应给予足够的重视，否则会出现所谓的“微量元素缺乏症”；
④特殊有机营养物（也称生长因子，如维生素、生物素等）：对于某些特殊细菌，某些特殊的维生素对其生长的影响会很大，因此，在必要时应考虑补充。
3、废水生物处理中涉及的微生物代谢过程主要有：
①化能异养型代谢：在废水生物处理中最主要的代谢形式，主要用于对废水中有机物的去除，包括主要的好氧细菌和厌氧细菌；
②化能自养型代谢：也是废水生物处理中常见的一种代谢形式，主要包括硝化细菌（将氨氮氧化为亚硝酸盐，或进一步氧化为硝酸盐）、氢细菌（对其的应用还处在研究阶段）、铁细菌等；
③光合异养型代谢：利用光合细菌以高浓度有机废水为基质生产菌体蛋白；
④光合自养型代谢：在废水生物处理中少有应用。