Стадия биологической очистки является одной из основных. На этой стадии происходит очистка хозяйственно-бытовых или производственных сточных вод от органических загрязнений (ХПК, БПК) и биогенных веществ (азот, фосфор) посредством биоценоза (активного ила или биопленки).

В зависимости от наличия или отсутствия кислорода при протекании процесса, разделяют аэробную и анаэробную очистку.

• Аэробная очистка может быть реализована, в зависимости от условий размещения станции, характеристик сточных вод и желания Заказчика, следующим образом:
• Классические аэротенки, оборудованные системами донной аэрации или поверхностными аэраторами с осаждением ила во вторичных отстойниках;
• Биореакторы непрерывного действия с флотационным илоразделением;
• Биореакторы непрерывного действия с прикрепленной микрофлорой на пластиковой загрузке, находящейся в псевдоожиженном слое с флотационным илоразделением;
• Биореакторы периодического действия. Особенностью биореакторов периодического действия (SBR) является протекание процессов в одной или параллельно в нескольких емкостях. В каждом биореакторе независимо друг от друга, на разных стадиях цикла происходят процессы наполнения, окисления, перемешивания, отстаивания и отбора очищенной воды или избыточного ила. Применение такого решения позволяет сделать станцию компактной и отказаться от необходимости предварительного усреднения, а также от вторичных отстойников.
• Мембранные биореакторы.

Одним из преимуществ мембранных биореакторов (MBR) является отсутствие вторичных отстойников. Кроме того, илоразделение на мембранах дает возможность практически полностью удалить из воды взвешенные вещества, что позволяет отказаться от последующей доочистки.