Celková zmena koncentrácie mikroorganizmov v krátkom časovom úseku dt sa rovná prírastku mikroorganizmov v určitom časovom úseku zmenšenému o úbytok vzniknutý rozkladom a o úbytok vzniknutý odtokom:






Jednotlivé čiastkové procesy potom môžeme vyjadriť nasledovne:
A/ prírastok mikroorganizmov (je deriváciou rastovej krivky)





B/ úbytok mikroorganizmov rozkladom:





C/ úbytok mikroorganizmov odtokom z nádrže





Kde D – je zriaďovacia rýchlosť buniek.
Potom celková zmena koncentrácie mikroorganizmov bude:






Teda rýchlosť zmeny koncentrácie mikroorganizmov (biomasy) v reaktore sa rovná rýchlosti prírastku mikroorganizmov (biomasy) zmenšenej o rýchlosť vyplavovania z nádrže. Po dosiahnutí ustáleného stavu musí platiť dX/dt = 0. Ustálený stav v prietokovom systéme teda nastáva vtedy, keď súčet D + kd sa rovná špecifickej rastovej rýchlosti. Koncentrácie mikroorganizmov a substrátu v reaktore sú potom konštantné.

Získaný vzťah vystihuje iba najjednoduchšie pomery pri kultivácii čistej kultúry mikroorganizmov, Odpadové vody sú obyčajne pestrou zmesou rôznorodých organických látok (viaczložkový substrát) a pri čistení sa pracuje so zmesnou kultúrou, obsahujúcou rôzne druhy mikroorganizmov s rozličnými generačnými časmi a rôznymi špecifickými rastovými rýchlosťami. Okrem toho sa zmesná kultúra (aktivovaný kal) pri aktivácii do aktivačných nádrží vracia (po separácii) jednak vracia (po separácii), jednak ako nadbytočná odstraňuje, preto vyššie uvedená rovnica nevystihuje dokonale daný proces.

Aeróbne metódy biologického čistenia odpadových vôd možno klasifikovať podľa schémy:







Schéma: Klasifikácia metód a zariadení aeróbneho biologického čistenia






















Prirodzené spôsoby čistenia odpadových vôd možno používať len pri priaznivých geologických, hydrogeologických a klimatických podmienkach. Ich čistiaci účinok je vysoký, presahuje zvyčajne 95 % BSK5. Pri čistení odpadových vôd závlahami prevažujú poľnohospodárske požiadavky (využívanie hnojivej hodnoty organických látok v odpadových vodách) nad požiadavkami čistiarenskými. Ide tu o relatívne málo znečistené odpadové vody, ktoré obsahujú látky škodiace pestovateľským plodinám. Pri pôdnej filtrácii nejde o obyčajnú filtráciu, ale o biologický proces. Pôdne mikroorganizmy využívajú organické látky a spolu s rastlinami aj anorganické živiny. Používajú sa tu pozemky bez poľnohospodárskeho využitia. Inou metódou je čistenie v nádržiach (aeróbnych, fakultatívnych, umelo prevzdušňovaných), v ktorých sa postupne odpadová voda mineralizuje.

V biologických filtroch prebieha čistiaci proces na povrchu hrubozrnného materiálu pri dostatočnom prístupe vzduchu. Na povrchu zŕn náplne sa po určitom čase vytvorí biologická blana, ktorá pozostáva zo spoločenstva veľkého množstva aeróbnych mikroorganizmov. Na tejto biologickej blane sa zachytávajú a mineralizujú rozpustené, koloidné aj nerozpustené organické látky. Najefektívnejšie je čistenie aktivovaným kalom.

Čistenie biologickými kolónami - biofiltrami

Proces aeróbneho biologického čistenia s prisadlou kultúrou mikroorganizmov je jedna z najstarších a najjednoduchších metód biologického čistenia odpadových vôd.