Trước khi đề cập đến các biện pháp tích cực của con người nhằm xử lý ô nhiễm môi trường nước, chúng ta cần xem xét một hiện tượng rất đáng được quan tâm trong tự nhiên. Đó là quá trình tự làm sạch các nguồn nước do các yếu tố sinh học mà trong đó vi sinh vật đóng một vai trò rất quan trọng.
Các ao hồ, dòng sông cũng như một số vùng bờ biển luôn bị làm bẩn với các mức độ khác nhau do rác và nước thải của con người. Việc làm sạch các nguồn nước này có một ý nghĩa rất to lớn. Nhờ các quá trình này, các chất bẩn thường xuyên loại khỏi môi trường nước. Ta sẽ xem xét quá trình tự làm sạch các nguồn nước xảy ra như thế nào.
Ở đây các quá trình vật lý, hoá học như các hiện tượng sa lắng và oxy hoá giữ một vai trò quan trọng, song đóng vai trò quyết định vẫn là các quá trình sinh học. Tham gia vào các quá trình tự làm sạch này có rất nhiều loại sinh vật, từ các loại cá, chim đến nguyên sinh động vật và vi sinh vật.
Bên cạnh vai trò tích cực của các nhóm vi khuẩn, nấm mốc, trong nước thải còn có các loại tảo cũng đóng góp một phần quan trọng trong quá trình chuyển hoá các chất gây ô nhiễm môi trường khác. Trong nước thải, thông qua hoạt động sống của mình tảo cung cấp oxygen cho môi trường. Chúng còn tiết vào môi trường các chất kháng sinh, những chất này là vũ khí lợi hại diệt các mầm bệnh trong nước thải (đặc biệt là khu hệ vi sinh vật gây bệnh đường ruột).
Đối với các vi sinh vật gây bệnh, tảo còn gây cản trở sự phát triển của chúng bằng cách gây kiềm hoá môi trường sống của một số vi khuẩn, cạnh tranh nguồn thức ăn đối với các nhóm vi khuẩn này. Ngoài ra tảo còn tiết một số chất có hoạt tính sinh học, giúp kích thích sự phát triển của một số vi sinh vật có lợi trong môi trường nước thải. Một đóng góp không thể không nhắc tới của tảo là một số trong chúng có khả năng hấp thụ mạnh các kim loại nặng (chì, cadimi ...) và các tia phóng xạ.
Đối với các vi sinh vật gây bệnh, tảo còn gây cản trở sự phát triển của chúng bằng cách gây kiềm hoá môi trường sống của một số vi khuẩn, cạnh tranh nguồn thức ăn đối với các nhóm vi khuẩn này. Ngoài ra tảo còn tiết một số chất có hoạt tính sinh học, giúp kích thích sự phát triển của một số vi sinh vật có lợi trong môi trường nước thải. Một đóng góp không thể không nhắc tới của tảo là một số trong chúng có khả năng hấp thụ mạnh các kim loại nặng (chì, cadimi ...) và các tia phóng xạ.
Thông thường, protein, đường và tinh bột được phân giải nhanh nhất. Cellulose, lignin, mở, sáp bị phân giải chậm hơn nhiều, và sự phân giải xảy ra không hoàn toàn. Do vậy quần thể vi sinh vật cũng thay đổi tuỳ theo tiến độ của sự tự làm sạch và thành phần của chất thải có trong nước thải.
Trong thực tế cho thấy lực tự làm sạch các nguồn nước luôn thay đổi và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố sau làm ví dụ :
- Lực tự làm sạch đạt trị số cực đại ở những vùng nước có sự chuyển động mạnh, tạo dòng chảy, làm chia đều nước thải và giúp trao đổi khí giữa nước và không khí xảy ra mạnh.
- Lực tự làm sạch cũng thay đổi theo mùa. Ở những nước có mùa hè, đông cách biệt về nhiệt độ rõ rệt thì lực tự làm sạch ở mùa hè lớn hơn ở mùa đông. Điều này xảy ra do hai nguyên nhân: vào mùa hè, nhiệt độ cao, có ánh nắng chiếu nhiều sẽ kích thích vi khuẩn phát triển nhanh và các thực vật nổi sẽ cung cấp thêm nhiều oxygen cho nước.
- Khi nói đến ảnh hưởng của yếu tố khí hậu, người ta cũng nhận thấy ở vùng nhiệt đới quá trình tự làm sạch xảy ra nhanh hơn nhiều so với vùng ôn đới ...
Quá trình tự làm sạch các nguồn nước gây ra do các tác nhân sinh học là một hiện tượng rất quý trong tự nhiên. Hiểu và nắm được quy luật hoạt động của nó, con người đã lợi dụng nó để làm sạch các nguồn nước thải có độ ô nhiễm vừa phải hoặc nước thải qua xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo.
