Biyolojik arıtma atıksu arıtma tesislerinde çözünmüş halde bulunan organik maddelerin ya da askıda katı maddelerin sistemde üretilen mikrorganizmalar tarafından parçalanıp besin ve enerji kaynağı olarak kullanılarak veya bu maddelerin başka son ürünlere dönüştürülerek oksitlenmesi ile atıksudan uzaklaştırılması esasına dayanmaktadır.
Biyolojik arıtma tesisleri ortamdaki oksijen varlığına göre, mikrorganizmaların aksıda ya da sabit film şeklindeki durumlarına göre sınıflandırılmaktadır.
Oksijen varlığına göre biyolojik arıtma aerobik arıtma, anoksik arıtma ve anaerobik arıtma olarak sınıflandırılabilir.
Aerobik arıtma; Havanın bulunduğu ortamlarda gerçekleştirilen arıtma prosesidir. Aerobik proseslerde havalandırma havuzlarında hava verilerek atıksu içerisinde mikrorganizma üretimi sağlanmaktadır. Aerobik arıtma da mikrorganizmaların üreyip arıtma işlemini gerçekleştirmesi için uygun ortamın oluşturulması gerekmektedir.
Mikrorganizmalar için havalandırma havuzlarında ortalama 1-2 mg/lt oksijen bulunması gerekmektedir. Bunun yanında organik yükleme hızı, nütrient miktarı, Ph gibi diğer faktörlerde büyük önem arz etmektedir.
Mikrorganizmalar için gerekli oksijen blowerlar ya da hava körükleri vasıtasıyla havalandırma havuzları tabanında bulunan difüzörlere iletilmektedir. Difüzörlerden çıkan ince kabarcıklar havanın su içerisindeki çözünürlüğünü artırarak sistemdeki oksijen transferinde büyük öneme sahiptir.
Aerobik prosesler sonunda oluşan flokların(Mikrorganizma kütlesinin) bir çöktürme havuzunda çöktürülerek arıtılmış su içerisinden ayrılması gerekmektedir. Çökelen mikrorganizma kütlesi aerobik prosesin başına tekrardan geri devir yapılmalıdır. Arıtılmış su ise çöktürme havuz savaklarından bir sonraki üniteye aktarılmalı ya da deşarj edilmelidir.
Anoksik Arıtma; Havalandırma sisteminin olmadığı arıtma prosesidir. Bu proseste anaerobik tanktan çıkan su ve aerobik havalandırmanın sonundaki çöktürme tankından gelen nitratlı su bu tanka alınmaktadır. Bu proseste heterotropik bakteriler tarafından çözünmüş oksijen yerine nitrat kullanılarak oksidasyon sağlanmaktadır.
Anoksik proseslerde bakterinin atıksu içerisindeki temasını artırmak amacıyla dalgıç mikserler ya da mekanik karıştırıcılar kullanılarak atıksuya bir akış ve hareket sağlanmaktadır.
Anaerobik Arıtma; Oksijen miktarının 0-0,1 mg/lt değerlerinde olduğu havanın olmadığı bir prosestir. Organik ve inorganik maddelerin oksijen olmadan mikrorganizmalar tarafından parçalanarak CH4, H2S, CO2 gibi nihai yan ürünlere dönüştürülmesi esastır.
Bilinen biyolojik arıtma proseslerine göre minimum enerji gerektirmesi ve oluşan metan gazının enerjiye dönüştürülebilmesi amacıyla anaerobik arıtma prosesi yaygınlıkla tercih edilmektedir.
Yüksek organik madde yüküne sahip hayvansal kaynaklı atıksularda, çöp depolama sahalarının sızıntı sularında, tarımsal faaliyetli atıksularda yaygınlıkla anaerobik prosesler tercih edilmektedir.
Askıda ya da Biyofilm şeklinde biyolojik arıtmayı sınıflandıracak olursak MBR, MBBR olarak sınıflandırabiliriz.
MBBR (Moving bed biofilm reactor-Hareketli yatak biyofilm reaktörü) tip arıtma sistemleri; Özel olarak tasarlanmış havalandırma tanklarında yüzeyde asılı kalan biyofilmler kullanılarak mikrorganizmalar için geniş yüzey alanları oluşturmak amacıyla kullanılan bir prosestir. Bu proseste amaç biyolojik reaktör içerisinde daha fazla biyokütle tutabilmek ve daha yüksek arıtma verimini sağlayabilmektir.
MBR (Membran biyoreaktör); MBR sistemleri aktif çamur sistemlerinin geliştirilerek membran sistemleriyle birleştirilmiş halidir. Membran sistemleri ilave edilerek aktif çamur sistemlerindeki son çöktürme havuzları bu prosesten çıkarılmıştır.
Biyolojik reaktörden sonra membran modüllerinin yerleştirilerek negatif basınç ile arıtılmış suyun membran reaktöründen ayrılması esasına dayanmaktadır.
Bu prosesi özetleyecek olursak biyolojik yollar ile arıtılan su membran modüllerdeki 0,04 mikron geçirgenlikteki gözeneklerden negatif basınç sağlanarak geçirilmektedir. Arıtılmış su içerisinde bu geçirgenlikten büyük katı maddeler ve mikroorganizmalar tutunurken arıtılmış su ise gözeneklerden geçerek dış ortama deşarj edilmektedir.