污水生化處理屬於二級處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機物為主要目的，其工程構成多種多樣，可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2/O法、SBR法、氧化溝法、穩定塘法、土地處理法等多種處理方法。日前大多數城市污水處理廠都採用活性污泥法。生物處理的原理是通過生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機物的分解和生物體的合成，將有機污染物轉變成無害的氣體產物(CO2)、液體產物(水)以及富含有機物的固體產物(微生物群體或稱生物污泥)；多餘的生物污泥在沉澱池中經沉澱池固液分離，從淨化後的污水中除去。
在污水生化處理過程中，影響微生物活性的因素可分為基質類和環境類兩大類： 一、基質類包括營養物質：如以碳元素為主的有機化合物即碳源物質、氮源、磷源等營養物質、以及鐵、鋅、錳等微量元素；另外，還包括一些有毒有害化學物質如酚類、苯類等化合物、也包括一些重金屬離子如銅、鎘、鉛離子等。
二、環境類影響因素：(1)溫度：溫度對微生物的影響是很廣泛的，儘管在高溫環境(50℃～70℃)和低溫環境(-5～0℃)中也活躍著某些類的細菌，但污水處理中絕大部分微生物最適宜生長的溫度範圍是20-30℃。在適宜的溫度範圍內，微生物的生理活動旺盛，其活性隨溫度的增高而增強，處理效果也越好。超出此範圍，微生物的活性變差，生物反應過程就會受影響。一般的，控制反應進程的最高和最低限值分別為35℃和10℃。
(2)pH值：活性污泥系統微生物最適宜的pH值範圍是6.5-8.5，酸性或鹼性過強的環境均不利於微生物的生存和生長，嚴重時會使污泥絮體遭到破壞，菌膠團解體，處理效果急劇惡化。
(3)溶解氧：對好氧生物反應來說，保持混合液中一定濃度的溶解氧至關重要。當環境中的溶解氧高於0.3mg/l時，兼性菌和好氧菌都進行好氧呼吸；當溶解氧低於0.2-0.3mg/l接近於零時，兼性菌則轉入厭氧呼吸，絕大部分好氧菌基本停止呼吸，而有部分好氧菌(多數為絲狀菌)還可能生長良好，在系統中佔據優勢後常導致污泥膨脹。一般的，曝氣池出口處的溶解氧以保持2mg/l左右為宜，過高則增加能源耗損，經濟上不合算。
在所有影響因素中，基質類因素和pH值決定於進水水質，對這些因素的控制，主要靠日常的監測和有關條例、法規的嚴格執行。對一般城市污水而言，這些因素大都不會構成太大的影響，各參數基本能維持在適當範圍內。溫度的變化與氣候有關，對於萬噸級的城市污水處理廠，特別是採用活性污泥法時，對溫度的控制難以實施，在經濟上和工程上都不是十分可行的。因此，一般是通過設計參數的適當選取來滿足不同溫度變化的處理要求，以達到處理目標。因此，工程控制的主要目標就落在活性污泥本身以及可通過調控手段來改變的環境因素上，控制的主要任務就是採取合適的措施，克服外界因素對活性污泥系統的影響，使其能持續穩定地發揮作用。
實現對生物反應系統的程序控制關鍵在於控制物件或控制參數的選取，與處理工程或處理目標密切相關。