利用微生物的代謝作用除去廢水中有機污染物的一種方法，亦稱廢水生物化學處理法，簡稱廢水生化法，分需氧生物處理法和厭氧生物處理法兩種。
需氧生物處理法 利用需氧微生物在有氧條件下將廢水中復雜的有機物分解的方法。
生活污水中的典型有機物是碳水化合物、合成洗滌劑、脂肪、蛋白質及其分解產物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。這些有機物可按生物體系中所含元素量的多寡順序表示為COHNS。在廢水需氧生物處理中全部反應可用以下兩式表示：
微生物細胞+COHNS+O2—→較多的細胞+CO2+H2O+NH3
生物體系中這些反應有賴于生物體系中的酶來加速。酶按其催化反應分為：氧化還原酶：在細胞內催化有機物的氧化還原反應，促進電子轉移，使其與氧化合或脫氫。可分為氧化酶和還原酶。氧化酶可活化分子氧，作為受氫體而形成水或過氧化氫。還原酶包括各種脫氫酶，可活化基質上的氫，并由輔酶將氫傳給被還原的物質，使基質氧化，受氫體還原。水解酶：對有機物的加水分解反應起催化作用。水解反應是在細胞外產生的最基本的反應，能將復雜的高分子有機物分解為小分子，使之易于透過細胞壁。如將蛋白質分解為氨基酸，將脂肪分解為脂肪酸和甘油，將復雜的多糖分解為單糖等。此外還有脫氨基、脫羧基、磷酸化和脫磷酸等酶。
許多酶只有在一些稱為輔酶和活化劑的特殊物質存在時才能進行催化反應，鉀、鈣、鎂、鋅、鈷、錳、氯化物、磷酸鹽離子在許多種酶的催化反應中是不可缺少的輔酶或活化劑。
在需氧生物處理過程中，污水中的有機物在微生物酶的催化作用下被氧化降解，分三個階段：第一階段，大的有機物分子降解為構成單元——單糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第二階段中，第一階段的產物部分地被氧化為下列物質中的一種或幾種：二氧化碳、水、乙�；o酶A、α-酮戊二酸(或稱α-氧化戊二酸)和草醋酸(又稱草酰乙酸)。第三階段(即三羧酸循環，是有機物氧化的最終階段)是乙酰基輔酶A、α-酮戊二酸和草醋酸被氧化為二氧化碳和水。有機物在氧化降解的各個階段，都釋放出一定的能量。
厭氧生物處理法 主要用于處理污水中的沉淀污泥，因而又稱污泥消化，也用于處理高濃度的有機廢水。這種方法是在厭氧細菌或兼性細菌的作用下將污泥中的有機物分解，最后產生甲烷和二氧化碳等氣體，這些氣體是有經濟價值的能源。中國大量建設的沼氣池就是具體應用這種方法的典型實例。消化后的污泥比原生污泥容易脫水，所含致病菌大大減少，臭味顯著減弱，肥分變成速效的，體積縮小，易于處置。
城市污水沉淀污泥和高濃度有機廢水的完全厭氧消化過程可分為三個階段(見圖)。在第一階段，污泥中的固態有機化合物借助于從厭氧菌分泌出的細胞外水解酶得到溶解，并通過細胞壁進入細胞中進行代謝的生化反應。在水解酶的催化下，將復雜的多糖類水解為單糖類，將蛋白質水解為縮氨酸和氨基酸，并將脂肪水解為甘油和脂肪酸。第二階段是在產酸菌的作用下將第一階段的產物進一步降解為比較簡單的揮發性有機酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等揮發性有機酸，以及醇類、醛類等；同時生成二氧化碳和新的微生物細胞。
第一、二階段又稱為液化過程。第三階段是在甲烷菌的作用下將第二階段產生的揮發酸轉化成甲烷和二氧化碳，因此又稱為氣化過程，其反應可用下式表示：
一些有機酸或醇的氣化過程舉例如下：
丙酸：4CH3CH2COOH+2H2O—→5CO2+7CH4
甲醇：4CH3OH—→CO2+3CH4+2H2O
乙醇：2CH3CH2OH+CO2—→2CH3COOH+CH4
為了使厭氧消化過程正常進行，必須將溫度、pH、氧化還原電勢等保持在一定的范圍內，以維持甲烷菌的正�；顒樱ＷC及時地和完全地將第二階段產生的揮發酸轉化成甲烷。
生物化學反應的速率直接受溫度的影響。進行厭氧消化的微生物有兩類：中溫消化菌和高溫消化菌。前者的適應溫度范圍為17℃～43℃，最佳溫度為32℃～35℃；后者則在50℃～55℃具有最佳反應速率。
近年來，厭氧消化處理法發展到應用于處理高濃度有機廢水，如屠宰場廢水、肉類加工廢水、制糖工業廢水、酒精工業廢水、罐頭工業廢水、亞硫酸鹽制漿廢水等，比采用需氧生物處理法節省費用。
利用生物法處理廢水的具體方法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、土地處理系統和污泥消化等。