تصفیه بیولوژیکی روشی مقرون به صرفه برای کاهش مواد آلی آب قبل از بازگشت به محیط است. از آنجا که این فرآیند از موجودات زنده استفاده می کند، طراحی و حفظ فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی مستلزم درک موجودات مذکور و محیطی است که در آن کار می کنند. روش معمول در تصفیه فاضلاب شهری، هوادهی بیش از حد آب برای اطمینان از اکسیژن محلول کافی بدون توجه به تغییر جریان است. این مطالعه امیدوار است با نظارت بر فاضلاب در حین تصفیه، محیطی آزمایشگاهی ایجاد کند که قادر به تقلید از تصفیه لجن فعال در مقیاس کامل باشد. مخزن به طوری که سیستم در نهایت می تواند برای نمایش رابطه مستقیم بین اندازه گیری های کیفیت آب، حجم هوای مورد نیاز و برق صرفه جویی شده از کاهش هوادهی استفاده شود. سیستم های انرژی و آب پیچیده و به هم پیوسته هستند زیرا تولید انرژی به آب متکی است و تامین و تصفیه آب انرژی مصرف می کند. از آنجایی که بهره وری اولین هدف در تصفیه خانه های فاضلاب (WWTPs) نیست، این سیستم ها معمولاً در پروژه های بهبود منابع مالی جوامع مورد توجه قرار نمی گیرند [1]. 189 مگاوات ساعت در سال [1]. این وابستگی‌های متقابل، همراه با افزایش تقاضا برای آب و انرژی، نیاز به تجزیه و تحلیل سیستم‌های آب و انرژی را به شیوه‌ای به هم پیوسته ایجاد می‌کند، فناوری‌هایی را توسعه می‌دهد که هر دو منبع را حفظ می‌کنند، و سیاست‌هایی برای اجرای این فناوری‌ها در مقیاس بزرگ ایجاد می‌کنند. از آنجایی که هر WWTP شامل فرآیندهای تصفیه متفاوتی است و مقادیر متفاوتی از انرژی الکتریکی و مواد خام مصرف می کند، بررسی مستقیم WWTP ها برای تعیین بهبودهای بالقوه در بهره وری انرژی مورد نیاز است.
فاضلاب شهری شامل انواع آلاینده‌ها از جمله زباله، عوامل بیماری‌زا، مواد مغذی ناشی از فضولات انسانی، مواد جامد معدنی و آلی و کف‌های تشکیل‌شده از چربی‌ها و گریس‌های شناور است. WWTPها سطوح این ترکیبات را کاهش می دهند تا از کیفیت آب پایین دست محافظت کنند، از جمله حفظ سطح اکسیژن محلول بالا (DO) [3]. عدم حفظ سطوح DO در آب های دریافت کننده می تواند اثرات مضری بر اکوسیستم پایین دست داشته باشد. نیاز بیوشیمیایی اکسیژن (BOD) غلظت ماده آلی فاضلاب را منعکس می کند و معمولاً برای ارزیابی پتانسیل پساب برای کاهش DO در آب پایین دست استفاده می شود. هر چه BOD بالاتر باشد، غلظت مواد آلی موجود بیشتر است.