废水的生化处理是指废水的生物化学处理，简称为生化处理。
生化处理是利用微生物的生命活动过程将废水中的可溶性的有机物及部分不溶性的有机物有效地去除，使水得到净化。
天然的水体中就存在着生化处理，即大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃小虫，小虫吃微生物，微生物吃污水。在自然界的河流中，有大量依靠有机物生活的微生物，它们将人们排入河流的有机物（工业废水、农药化肥、粪便等有机物质）氧化或者还原，最终转化为无机物质，如果没有这些微生物的存在，自然界中的河流经过一段时间后就会变成臭河。废水的生化处理工程就是在人工条件下对这一过程进行强化。将无数的微生物集中在一个池子内，创造一个非常适合微生物繁殖、生长的环境（如适宜的温度、pH值、充足的氧气、氮磷等营养物质），使微生物大量增殖，以提高其分解有机物的速度和效率。然后再往池内泵入废水，使废水中的有机物质在微生物的生命活动过程中得到氧化降解，使废水得到净化和处理。
废水中有碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机物，这些有机物是微生物的食料，一部分会被降解、合成为细胞物质（组合代谢产物），另一部分被降解氧化成为水份，二氧化碳等（分解代谢产物），在此过程中废水中的有机污染物会被微生物降解去除。
在废水生物处理中，微生物最适宜的温度范围一般为16-30℃，最高温度在37-43℃，当温度低于10℃时，微生物将不再生长。在适宜的温度范围内，温度每提高10℃，微生物的代谢速率会相应提高，COD（化学需氧量）的去除率也会提高10%左右；相反，温度每降低10℃，COD的去除率会降低10%，因此在冬季时，COD的生化去除率会明显低于其它季节。
微生物的生命活动、物质代谢与pH值有密切关系。大多数微生物对pH的适应范围在4.5-9，而最适宜的pH值的范围在6.5-7.5。当pH低于6.5时，真菌开始与细菌竞争，pH到4.5时，真菌在生化池内将占完全的优势，其结果是严重影响污泥的沉降结果；当pH超过9时，微生物的代谢速度将受到阻碍。不同的微生物对pH值的适应范围要求是不一样的。在好氧生物处理中，pH可在6.5-8.5之间变化；厌氧生物处理中，微生物以pH的要求比较严格，pH应在6.7-7.4之间。
生物处理在废水处理工程上应用得最广泛最实用的技术有二大类：一类叫做活性污泥法，另一类叫做生物膜法。活性污泥法是以悬浮状生物群体的生化代谢作用进行好氧的废水处理形式。微生物在生长繁殖过程中可以形成表面积较大的菌胶团，它可以大量絮凝和吸附废水的悬浮的胶体状或溶解的污染物，并将这些物质吸收入细胞体内，在氧的参与下，将这些物质完全氧化放出能量、CO2、H2O。活性污泥法的污泥浓度一般在4g/L。而在生物膜法中，微生物附着在填料的表面，形成胶质相连的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，具有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对这些被吸附的有机物分解和利用。在处理过程中，水的流动和空气的搅动使生物膜表面和水不断接触，废水中的有机污染物和溶解氧为生物膜所吸附，生物膜上的微生物不断分解这些有机物质，在氧化分解有机物质的同时，生物膜本身也不断新陈代谢，衰老的生物膜脱落下来被处理出水从生物处理设施中带出并在沉淀池中与水分离。生物膜法的污泥浓度一般在6-8g/L。 为了提高污泥浓度，进而提高处理效率，可以将活性污泥法与生物膜法结合起来，即在活性污泥池中添加填料，这种既有挂膜的微生物又有悬浮微生物的生物反应器称为复合式生物反应器，它具有很高的污泥浓度，一般在14g/L左右。
生化处理的优点：
处理效果好：能够有效去除废水中的有机污染物、氮、磷等营养物质，使出水水质达到较高的标准，满足不同用途的水质要求。
成本相对较低：与一些物理化学处理方法相比，生物化学处理的运行成本较低，特别是对于大规模的废水处理，具有较好的经济性。
环境友好：生物处理过程中产生的污泥等副产物可以通过适当的处理进行资源化利用，如堆肥、制沼气等，实现了废弃物的循环利用，减少了对环境的二次污染
局限性：
对水质要求较高：废水中的有毒有害物质、高盐度、酸碱度等都会对微生物的生长和代谢产生抑制作用，影响生物处理的效果。例如，高盐度废水会降低微生物的活性，甚至导致微生物死亡，使生物处理难以进行。
处理时间较长：与一些物理化学方法相比，生物化学处理的反应速度相对较慢，需要较长的时间来完成有机物的降解和转化，对于一些需要快速处理的废水，可能难以满足要求。
受环境因素影响大：温度、溶解氧等环境因素对微生物的活性和处理效果有重要影响。在低温条件下，微生物的代谢速度减慢，处理效率降低；溶解氧不足会影响好氧微生物的生长和有机物的氧化分解
发展趋势
新型生物处理技术的研发：如微生物燃料电池技术，利用燃料电池中接种的降解废物的微生物进行有毒物质、有机物、杂质的降解，具有高效、节能、环保等优点，有望成为未来废水处理的重要技术之一
生物处理与膜分离技术的结合
强化生物处理工艺：通过投加高效微生物菌种、优化工艺参数、采用新型填料等方式，提高生物处理的效率和抗冲击负荷能力，使其能够更好地适应不同类型的废水处理需求
