Биологи́ческая очи́стка сточных вод — способ очистки, основанный на способности микроорганизмов разрушать (минерализовать) содержащиеся в сточных водах органические вещества (загрязнения). Микроорганизмы (бактерии) используют эти вещества как источник питания и энергии для своей жизнедеятельности. В процессе дыхания микроорганизмов органические вещества окисляются и освобождается энергия, необходимая для их жизненных функций. Часть энергии идет на процессы синтеза клеточного вещества, то есть на увеличение массы бактерий, количества активного ила и биологической пленки в очистных сооружениях. В минерализации органических соединений сточных вод участвуют бактерии, которые в зависимости от отношения их к кислороду делятся на две группы: аэробы (использующие при дыхании растворенный в воде кислород) и анаэробы (развивающиеся в отсутствие свободного кислорода). В сточных водах, помимо растворенных органических веществ, содержатся взвешенные вещества, смолы и масла, которые перед биоочисткой должны быть удалены. Для этой цели применяют решетки, песколовки, отстойники. Биологической очистке подвергаются сточные воды, содержащие в достаточном количестве биогенные элементы (азот, фосфор и калий), необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов. В ряде случаев биогенные элементы в виде растворов солей добавляют к сточным водам перед их биологической очисткой.
Аэробная биологическая очистка осуществляется в условиях, близких к естественным (на полях орошения, полях фильтрации, в биологических прудах) и в искусственно создаваемой среде, когда жизнедеятельность микроорганизмов интенсифицируется (в аэротенках, аэрофильтрах, биофильтрах). При анаэробном способе очистки используются метантенки. Выбор типа сооружений определяется характером и количеством сточных вод, местными условиями, требованиями к качеству очищаемой воды и т.д. Корпуса биологических систем очистки изготавливают из различных материалов — от железобетона до полимеров.
Биологический метод очистки сточных вод в настоящее время является максимально эффективным. Системы биологической очистки способны обеспечить очистку бытовых сточных вод на 98 процентов. В них загрязнения не накапливаются, а разлагаются практически полностью.