Todas as instalações que executam o processo biológico de acordo com o princípio “lama ativa” são parte da história do desenvolvimento dos tratamentos de águas residuais.Foi em 1913 que dois Britânicos, Ardern e Lockett, anunciaram seu sistema de “lama ativa”, uma ideia que foi assim revolucionária. Ele desenvolveu rapidamente e logo se tornou um meio versátil para purificar as águas servidas.

Como em todos os processos biológicos que usam líquidos, o oxigênio  necessário para os microorganismos ou bactérias devem estar disponíveis em um estado dissolvido. Na purificação aeróbica “natural” (isto é: o modo no qual a água se limpa em um ambiente natural, em tanques, por exemplo), o oxigênio necessário para o desenvolvimento das reações biológicas é disponibilizado em um estado dissolvido através do oxigênio na atmosfera sendo dissolvido na água ou devido à função do oxigênio produzindo clorofila presente nas algas verdes. As condições nas instalações de “lama ativa” diferem do ambiente natural: Devido à concentração maior das bactérias, não há oxigênio suficiente disponível na atmosfera e, ainda, as algas verdes não podem desenvolver na mistura densa que caracteriza este tipo de tratamento. Deste modo, é necessário executar um aeração artificial.

Em um ambiente rico em oxigênio, como tanques de aeração, um processo completo físico, químico e, acima de tudo, biológico pode ocorrer. Em primeiro lugar, uma oxidação química dos compostos reduzidos (assim como sulfato de hidrogênio, sulfureto e sulfito) acontece. Depois, através de um processo físico e biológico, a grande concentração de bactérias a qual tem crescido no tanque de ventilação intervém e forma uma “colônia”, consistindo de “lama biológica”, isto é, uma massa gelatinosa que liga juntos os sólidos sedimentáveis que escaparam do tratamento anterior. E ainda, os sólidos coloidais não sedimentáveis são mantidos juntos por causa do fenômeno físico de absorção; isto é causado por um forte movimento de atração superficial que encoraja as substâncias coloidais a ficarem juntas e permanecer em tufos na lama biológica (isso é determinado pela quantidade de área superficial disponível para as substâncias ficarem agregadas: de 2000 a 10000 m² por m³ do volume do tanque).

E também, durante o longo período no qual o resíduo está dentro do tanque de aeração, as bactérias usam algumas das substâncias orgânicas solúveis no líquido para seu próprio desenvolvimento, fazendo com que elas aumentem em tamanho e, quem sabe, tornando-as sedimentáveis. Ao mesmo tempo, elas começam a purificar as substâncias coloidais e sedimentáveis, que se ligam juntas na lama biológica.

Isto resulta em aumento líquido tanto de bactérias e as lamas nas quais elas estão ligadas que, depois passam pelas águas servidas no seguinte estágio de sedimentação. A lama é coletada na parte inferior do tanque enquanto a água limpa o transborda para os canais de coleta. A água limpa pode então ser submetida a um posterior tratamento, por exemplo; desinfetando ou recuperando a água antes que ela seja enviada para seu estágio final.Um resultado fundamental do tratamento biológico é que ele torna (dissolvido e coloidal) uma substância orgânica em um estado sedimentável. Isto é, as substâncias orgânicas são sujeitas a um processo de sedimentação, que de outro modo não poderia ser coletada ou removida no estágio líquido. Uma característica típica dos processos biológicos é “remover” a substância orgânica e devido a isso, eles podem reduzir o BOD mais do que tratamentos físico-químicos.