一、好氧生化法的发展沿革
好氧生物处理法主要有活性污泥法和生物膜法两大类。活性污泥法是水体自净的人工强化方法，是一种依靠在曝气池内呈悬浮、流动状态的微生物群体的凝聚、吸附、氧化分解等作用来去除污水中有机物的方法；生物膜法则是土壤自净（如灌溉田）的人工强化方法，是一种使微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物作为营养并加以代谢，从而使污水得到净化的方法。
1、 活性污泥法的发展沿革
活性污泥法于1914年首先在英国被应用。在该法出现的初期，由于受到理论水平和运行、管理等技术条件的限制，使其应用和推广工作进展缓慢。近三十多年来，随着对其生物反应和净化机理的广泛深入的研究，以及该法在生产应用技术上的不断改进和完善，使它得到了迅速发展，相继出现了多种工艺流程和工艺方法，使得该法的应用范围逐渐扩大，处理效果不断提高，工艺设计和运行管理更加科学化。目前，活性污泥法已成为城市污水、有机工业废水的有效处理方法和污水生物处理的主流方法。
几十年来，人们对普通活性污泥法（或称传统活性污泥法）进行了许多工艺方面的改革和净化功能方面的研究。在污泥负荷率方面，按照污泥负荷率的高低，分成了低负荷率法、常负荷率法和高负荷率法；在进水点位置方面，出现了多点进水和中间进水的阶段曝气法和生物吸附法、污泥再曝气法；在曝气池混合特征方面，改革了传统法的推流式，采用了完全混合法；为了提高溶解氧的浓度、氧的利用率和节省空气量，研究了渐减曝气法、纯氧曝气法和深井曝气法。
近十多年来，为了提高进水有机物浓度的承受能力、提高污水处理的效能，强化和扩大活性污泥法的净化功能，人们又研究开发了两段活性污泥法、粉末炭-活性污泥法、加压曝气法等处理工艺；开展了脱氮、除磷等方面的研究与实践；同时，对采用化学法与活性污泥法相结合的处理方法。净化含难降解有机物污水等方面也进行了探索。目前，活性污泥法正在朝着快速、高效、低耗等多功能方面发展。
2、 生物膜法的发展沿革
生物膜法是与活性污泥法并列的一种好氧生物处理技术。第一个生物膜法处理设施（生物滤池）是1893年在英国试验成功，1900年后开始付诸污水处理实践，并迅速在欧洲和北美得到广泛应用。早期出现的生物滤池（普通生物滤池）虽然处理污水效果较好，但其负荷低，占地面积大，易堵塞，其应用受到了限制。后来人们对其进行了改进，如将处理后的水回流等，从而提高了水力负荷和BOD负荷，这就是高负荷生物滤池。
50年代，在德国建造了塔式生物滤池，这种滤池高度大，具有通风良好、净化效能高、占地面积小等优点，其水力负荷和有机物负荷比高负荷生物滤池分别高2～10倍和2～3倍，是一种高效能的生物处理设备。
生物转盘出现于60年代。由于它具有净化功能好、效果稳定、能耗低等优点，因此在国际上得到了广泛应用，在构造形式、计算理论等方面均得到了较大发展。近年来，人们开发了采用空气驱动的生物转盆、藻类转盘等，在工艺形式上，进行了生物转盘与沉淀池或曝气池等优化组合的研究。
70年代初期，一些国家将化工领域中的流化床技术应用于污水生物处理中，出现了生物流化床。生物流化床主要有两相流化床和三相流化床。多年来的研究和运行结果表明，生物流化床具有BOD容积负荷大、处理效率高、占地面积小、投资省等特点，其缺点是运行不够稳定，操作困难。
生物活性炭法是近年来发展起来的一种新型水处理工艺，已在世界上许多国家采用，尤其在西欧更为广泛。该工艺的研究在我国已有十多年的历史，目前已进入实用阶段。应用实践证实，生物活性炭的吸附容量与单纯活性炭吸附容量对比，前者比后者提高2～30倍，说明生物活性炭具有微生物和活性炭的叠加和协同作用。该工艺对城市污水的深度处理安全适用，对难生物降解而可吸附性好的污染物，亦有很好的去除效果。
近年来出现的生物接触氧化法、投料活性污泥法，均是兼有活性污泥法和生物膜法特点的生物处理法，由于它们具有许多优点，因此也受到人们的重视。
二、厌氧生化法的发展沿革
厌氧生物处理法，是在无氧的条件下由兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机污染物的处理方法。该法的应用已有一百多年历史，但由于其与好氧法相比，存在着处理时间长、出水水质差、对低浓度有机废水处理效率低等缺点，从而使其应用受到限制，发展缓慢。
从70年代起，出现了世界性能源紧张，促使污水处理向节能和实现能源化方向发展。厌氧处理最大的特点是既节能又产能，对缓和污水处理厂"建得起，养不起"的矛盾有较好的客观效果。因此，厌氧生物处理法引起了人们的注目，其理论研究和实际应用都取得了很大的进展。在厌氧消化机理方面，新的甲烷菌不断被发现，多种代谢模式先后被提出，这些都对厌氧生物处理工艺的研究起到了指导作用。近年来，一些新的厌氧处理工艺或设备，如上流式厌氧污泥床、上流式厌氧滤池、厌氧接触法、厌氧流化床及两相厌氧消化工艺等相继出现，使厌氧生物处理法所具有的能耗小并可回收能源，剩余污泥量少，生成的污泥稳定，易处理，对高浓度有机污水处理效率高等优点，得到充分地体现，厌氧生物处理法经过多年的发展，现已成为污水处理的主要方法之一，不但可用于处理高浓度和中等浓度的有机污水及好氧处理过程中所产生的剩余有机污泥，还可以用于低浓度有机污水的处理。
三、好氧法与厌氧法的组合工艺
传统的生化处理方法主要着眼于除去BOD、COD和SS，而对氮、磷等营养物质的去除率很低。由于水体富营养化问题加剧，60年代以来，生物脱氮除磷工艺受到重视，先后开发了SBR和ICEAS序批法、AB法、氧化沟、厌氧-好氧（A1-O）和缺氧一好氧（A2-O）组合工艺。在去除有机物的同时，厌氧-好氧（A1-O）可去除废水中的磷，缺氧一好氧（A2-O）可脱除废水中的氮。继而又将这两种工艺优化组合，构成可以同时脱氮除磷并处理有机物的A1-A2-O流程（或称A2／O）。该组合工艺处理效率高，经简单预处理的废水，依次经过厌氧、缺氧和好氧三段处理，可达到三级处理出水标准，对难生物降解的有机物也有较高的去除效果，而且，污泥沉淀性能好，电耗和药耗少，运行费用低。我国从80年代初开始研究采用上述组合工艺，已在广州、桂林等地建成多个采用A2/O工艺的污水处理厂，运行效果好。上述新工艺中有一类技术属于曝气和沉淀一体化活性污泥工艺。所谓曝气、沉淀一体化活性污泥工艺是指曝气和沉淀过程在同一反应器内完成的活性污泥工艺（简称一体化工艺），比如SBR法、交替式氧化沟和UNITANK工艺等等。其中SBR法是通过时间上的安排，在一个池子内完成了进水、反应、沉淀和排水等一系列工艺过程，构成了一个周期。而交替式氧化沟是以多组反应器通过空间上的调配，完成反应和沉淀这一循环过程。这些工艺近年来在我国的应用日益广泛，并且是当前污水处理的热点之一。
一般认为一体化工艺具有以下的特点：
（1）工艺简单，占地面积小、节省投资。由于只有一个反应器，不需二沉池、回流污泥及其设备，一般情况不设调节池，多数情况可省去初沉池；
（2）一体化工艺往往是变体积的活性污泥工艺，其基质和微生物浓度随时间变化，所以属于理想的推流状态，并可以保持反应基质的最大推动力；
（3）运行方式灵活，由于反应在一个反应器内进行，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧等不同状态，实现脱磷脱氮的目的；
（4）防止污泥膨胀，由于其存在较大的浓度梯度，有利于防止污泥膨胀；
（5）耐冲击负荷，处理能力强。
随着研究与应用的深入，污水生化处理的方法、设备和流程不断发展与革新，与传统方法相比，在适用的污染物种类、浓度、负荷、规模以及处理效果、费用和稳定性等方面都大大改善了。酶制剂及纯种微生物的应用，酶和细胞的固定化技术等又会将现有的生化处理水平提高到一个新的高度。