Эта биотехнология заключается в культивировании бактерий и простейших, которые могут расти и размножаться при постоянном притоке хозяйственно-фекальных вод, насыщенных кислородом. Она основана на естественных процессах самоочистки, которые происходят в каждом водохранилище и почве, главным образом, из-за активности вездесущих микроорганизмов.
Однако уровень загрязняющих нагрузок в стоках, поступающих на очистные станции, настолько велик, что для поддержки процессов очищения необходимо применять специальные методы. Это использование соответствующей концентрации бактерий, которые разрушают органические вещества (т.н. активный ил), смешивание и аэрацию. Все эти процессы протекают в специально сконструированных и оборудованных резервуарах – биореакторах (аэротенках).
Суть метода заключается в минерализации органических загрязнителей, которые содержатся в бытовых стоках, микроорганизмами, помещенными в аэротенки. Этим способом они получают энергию. Некоторые из подаваемых загрязняющих веществ окисляются с образованием воды и углекислого газа, а остальные ассимилируются и используются для размножения, то есть для увеличения живой массы илистого осадка.
Избыток микроскопической биомассы регулярно удаляется из системы в виде т.н. избыточного ила. Его часть может быть возвращена в биореактор по мере необходимости. Неиспользованная часть стабилизируется и перерабатывается.
Микрофлора этого биоценоза очень богата и индивидуальна для каждой очистной станции(зависит от состава стоков, температурных условий): - гетеротрофные и хемоавтотрофные бактерии родов Micrococcus, Flavobacterium, Enterobacteriae, Achromobacter, Zooglea, Pseudomonas, Aeromonas и др.;
- инфузории, амебы, простейшие;
- нематоды;
- дрожжевые грибы;
- зоопланктон.
Бактерии не способны поглощать очень сложные молекулы, поэтому они проводят предварительную обработку, выделяя ферменты в окружающую среду (так называемые экзоферменты) и «переваривают» эти вещества вне клетки. В аэротенке очистной станции бактерии создают особые многовидовые экосистемы. Это обеспечивает, например, то, что некоторые виды источников пищи становятся доступными другим видам бактерий, которые не смогут использовать эти ресурсы с помощью собственного ферментного аппарата.
Скорость и результативность биохимического окисления сточных вод в аэротенке зависит от интенсивности размножения бактерий. Как только снижается концентрация органических веществ в очищаемых сточных водах, наступает фаза нитрификации (глубокой очистки). Азотсодержащие соединения сначала окисляются до нитритов, затем – до нитратов.