São os processos que dependem dos microrganismos para a redução da carga orgânica dos efluentes. Os processos biológicos procuram de forma projetada e em escala reproduzir o que acontece a milhões de anos na natureza.
Os microrganismos existentes nos tratamentos biológicos, irão se desenvolver em função da respiração e da alimentação, que é a relação entre a quantidade de carga orgânica presente no efluente pela quantidade de microorganismo existente.
Nos processos biológicos, os microrganismos transformam a matéria orgânica existente na forma de sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos em compostos simples como água, gás carbônico e sais minerais.
Os processos biológicos são classificadas em função da fonte de oxigênio, em aeróbios e anaeróbios, sendo que os microrganismos que se utilizam do oxigênio disponível no ar são chamados de aeróbios e os que se utilizam do oxigênio presente nos compostos que serão degradados são chamados de anaeróbios.

Os processos biológicos normalmente encontrados são :

• Lodos Ativados
• Filtro Biológico
• Lagoas aeradas
• Processos anaeróbios

Lodos Ativados

Nos processos biológicos através de lodos ativados, o esgoto é estabilizado biologicamente em um tanque de aeração, onde o oxigênio requerido pelos microrganismos serão fornecidos através de equipamentos de aeração mecânicas ou ar difuso. A massa biológica resultante é separada do líquido em um decantador. Uma parte dos sólidos biológicos sedimentados, é continuamente recirculada e a massa remanescente é disposta, de forma a não causar impacto ao meio ambiente.
Nesses processos as bactérias são as mais importantes microrganismos responsáveis pela decomposição da matéria orgânica existente no esgoto a ser tratado.
O processo de tratamento por lodos ativados é empregada extensivamente na sua forma original, bem como nas suas várias formas modificadas : convencional, mistura completa, aeração modificada.

Filtro Biológico

No processo de filtração biológica, o despejo líquido é aspergido sobre pedras e escoado através do leito filtrante.O filtro biológico consiste de um leito filtrante de meio altamente permeável onde os microrganismos são afixados, e através do qual o despejo líquido é percolado. O meio filtrante usualmente é constituído por pedras ou plásticos e a profundidade média dos filtros de pedra é de 2 metros e de 9 a 12m quando o meio é de plástico. O filtro biológico normalmente é circular, sendo o despejo líquido distribuído sobre a parte superior do leito por meio de braços rotativos. O efluente sai por uma camada de drenos, juntamente com sólidos biológicos. O material orgânico presente no despejo é degradado por uma população de microrganismos afixada no meio filtrante. A comunidade biológica no filtro consiste essencialmente de protistas - incluindo bactérias aeróbias, anaeróbias e facultativas, fungos, algas e protozoários - além de animais superiores como vermes, insetos, larvas e lesmas.

Segundo as taxas de cargas hidráulicas e orgânicas, os filtros biológicos classificam-se em :

• Filtros de baixa taxa : é um dispositivo relativamente simples de alta confiança , produzindo um efluente de qualidade consistente a partir de afluente de concentrações variáveis.
• Filtro de alta taxa : possui dispositivo de recirculação do afluente e permite a aplicação de altas taxas orgânicas.

A recirculação do efluente permite ao filtro de alta taxa conseguir a mesma eficiência de remoção do filtro de baixa taxa, embora opere com cargas hidráulicas bem maiores.

Lagoas Aeradas

Outros processos aeróbios de tratamento incluem lagoas aeradas, lagoas de estabilização fotossintética e lagoas aeradas mecanicamente. Nas lagoas aeradas, é utilizada aeração mecanizada para fornecer oxigênio às bactérias
Nas lagoas fotossintéticas aeróbias o oxigênio é fornecido pela aeração natural e pela ação fotossintética das algas. O oxigênio liberado pelas algas através do processo de fotossíntese é utilizado pelas bactérias no processo de degradação aeróbia dos poluentes existentes dos efluentes.

Processo Anaeróbio

Nos processos anaeróbios a decomposição da matéria orgânica e/ou inorgânica é conseguida na ausência de oxigênio molecular. Sua principal aplicação está na digestão de certos despejos industriais de alta carga e lodos de esgotos concentrados. Atualmente são conhecidos métodos de tratamento para despejos orgânicos diluídos por processos anaeróbios de contato.
Os microrganismos responsáveis pela decomposição da matéria orgânica são comumente divididos em dois grupos, sendo que cada grupo realiza as seguintes atividades :

• O primeiro hidroliza e fermenta compostos orgânicos complexos para ácidos orgânicos simples.
• O segundo converte os ácidos orgânicos simples em gás metano e gás carbônico.

São processos que abrangem a remoção de sólidos flutuantes de dimensões relativamente grandes, de sólidos em suspensão, de areias, de óleos e gordura.

São considerados métodos físicos :

• Caixas de areia
• Decantadores
• Grades
• Peneiras simples ou rotativas
• Tanques de remoção de óleo e graxas

Caixas de Areia

Destinam-se à retenção de areias e outros detritos pesados inertes, em suspensão nos efluentes. São utilizadas com o objetivo de proteger bombas e tubulações contra abrasão e entupimento.
Nas instalações de tratamento de despejos industriais, as caixas de areia são construídas como canais com velocidade de escoamento controlada . A velocidade da água nesses canais permite manter os sólidos mais leves em suspensão, separando-o do material mais pesado. A seção transversal de uma caixa de areia é calculada como sendo a relação entre a vazão do despejo pela velocidade linear.

Decantadores

São empregados na separação dos sólidos sedimentáveis contidos nos efluentes. Podem ser divididos em dispositivos que são enchidos intermitentemente (por cargas) ou com fluxo constante. Os decantadores mais simples são as lagoas de decantação, em que o lodo acumulado no fundo pode ou não ser removido.
Para a remoção do lodo, que é o primeiro caso em estudo, pode-se utilizar bombas ou se utilizar de uma outra unidade em paralelo. Enquanto uma é limpa a outra fica em operação. No segundo caso, uma vez a lagoa preenchida, é abandonada, lançando-se mão de outra.
Nos despejos em que predominem compostos orgânicos, o lodo, uma vez decantado, deverá ser removido em curto espaço de tempo para evitar sua decomposição anaeróbia. Sua remoção poderá ser realizada manualmente, por meio de descargas hidrostáticas, ou mecanicamente por meio de dispositivos raspadores ou aspiradores flutuantes.

Grades

As grades destinam-se a remover sólidos grosseiros em suspensão e também são utilizados para proteção de bombas, válvulas e outros equipamentos contra obstrução. Podem ser de limpeza manual ou mecanizada. As do primeiro tipo são assentadas fazendo um ângulo de 30 a 40° com a horizontal. Nas grades de operação mecanizada o ângulo é estabelecido em função das especificações do fabricante. Com relação ao espaçamento entre as barras, as mesmas são especificadas de acordo com a finalidade a que se destinam. As aberturas das barras podem variar desde 1,0 a 2,0 cm até 5,0 a 10,0 cm.

Peneiras

São dispositivos destinados a retenção de partículas mais finas. A fim de evitar entupimento, devem ser do tipo rotativo. Como exemplo de sua aplicação, podemos citar as industrias de conservas de pescado que as utiliza na separação de espinhas e escamas.

Tanques de remoção de óleo e graxas

Os óleos e gorduras livres presentes nos efluentes, formam uma escuma de efeito estético desagradáveis, além de prejudicarem seriamente o tratamento biológico. Esses dispositivos para remoção de óleos e graxas, provocam a redução da velocidade da água e apresentam uma superfície tranqüila. Enquanto os sólidos mais densos se depositam no fundo formando lodo, os corpos menos densos sobem á superfície formando escuma. As leis que regem o fenômeno são análogas às que regem o fenômeno de sedimentação de sólidos granulares, com a diferença de que se efetuam em sentido inverso, isto é, as partículas maiores sobem com velocidade maior que a das partículas menores.
A área da superfície livre é a relação entre a vazão dos despejos e a velocidade mínima de ascensão. O tempo de detenção tem influência na agregação de partículas. A velocidade mínima de ascensão pode ser determinada experimentalmente, observando-se o tempo necessário para elevar uma determinada porção de óleo à camada superficial da escuma.

Os processos químicos e físico-químicos, podem ser utilizados para remover material coloidal, cor e turbidez, odor, ácidos, álcalis, metais pesados e óleos. Além disso, os reagentes químicos são utilizados para neutralizar ácidos ou álcalis.
A neutralização dos fluentes industriais pode ser necessária para adequar o efluente a ser lançado à legislação ou como medida necessária para proteção de sistemas de tratamento posteriores, como por exemplo. Tratamentos biológicos.

Em linha gerais, os principais reagentes químicos utilizados para neutralização são os seguintes :

• Efluente alcalino : Ácido Sulfúrico (H2SO4 ), Ácido Clorídrico (HCl), Dióxido de Carbono (CO2).
• Efluente Ácido : Lama de Cal, Calcário, Carbonato de Sódio, Soda Caustica.