Биологическая очистка стоков, вне зависимости от конкретной технологии, подразумевает создание биологически устойчивой (в определенных условиях) и саморегулирующейся (при неизменности этих условий) системы. Устойчивость экосистемы зависит от её сложности, многоуровневости и наличия постоянного притока энергии. По типу трофической цепи экосистемы делят на пастбищные и детритные (рис. 1).

Основой пастбищной экосистемы является органическое вещество, образуемое фотоавтотрофами из углекислого газа, воды и минеральных солей. Это системы (наземные и водные), где есть «живая» растительность. Любой природный водоем с макрофитами и фитопланктоном характеризуется пастбищным типом трофической цепи. Бактерии в этих цепочках играют роль «надстройки» или суб-систем, которые разлагают отмершие организмы всех уровней и возвращают минеральные вещества фотоавтотрофам для создания новой биомассы.

Детритные пищевые цепочки, как правило, проще и «короче». Они возникают только там, где есть детрит - мертвое органическое вещество (например, упавшие деревья и листовой опад в лесу, мертвые организмы в водоемах). Нетрудно догадаться, что все системы очистки с активным илом относятся к детритным пищевым цепочкам, а системы типа: поля орошения, «биоплато», пруды доочистки, лагуны относятся ко второму типу.

Разница в источнике энергии (солнечный свет и органическое вещество, соответственно) делает вторые системы более устойчивыми как структурно, так и функционально. Почему? Органическое вещество должно подаваться регулярно, чтобы система не прекращала «работу». Солнечный свет есть всегда. Поэтому много непрерывно функционирующих систем детритного типа относится к типу природно-техногенных (очистные сооружения с активным илом, компостные реакторы). В то время как первые экосистемы повсеместно окружают нас и относятся, как правило, к природным системам.

Рис. 1. Примеры пищевых цепей.
А: 1) пастбищная наземная (живое растение —> растительноядное насекомое —> хищное насекомое — насекомоядная птица —> хищная птица).

2) пастбищная водная (фитопланктон —> нехищные зоопланктон —> хищный зоопланктон —> рыбы
Б – детритная (опавшие листья (детрит) —> почвенные бактерии, черви, грибы (детритофаги) —> почвенные насекомые и клещи —> хищные насекомые и насекомоядные животные).

Технологии биологической очистки сточных вод с использованием фотоавтотрофов:

- фотобиореакторы (используются микроводоросли, бактерии, иногда простейшие),

- фито-очистные системы (участвуют макрофиты, микроорганизмы, водоросли, простейшие и животные).