Микроорганизмы играют существенную роль в продуктивности водоемов, особенно озер и водохранилищ, постоянно обогащающихся дополнительным органическим веществом из стоков вод с суши. Деструкция этого вещества осуществляется бактериями. Число их в рыбоводных прудах составляет 3-6 млн/мл, а биомасса 2-8 г/м3. Но при внесении в пруды органических удобрений (навоз, трава) биомасса бактерий может значительно возрастать (до 30 г/м3). Прирост биомассы бактерий за сутки в прудах составляет 5-10 г/м3 при скорости размножения 10-15 ч.
Источником энергии для развития бактерий, кроме экзогенного органического вещества, служит органическое вещество отмирающего фитопланктона (водоросли) и водных растений. Эта энергия через бактериальное звено включается в пищевую цепь и прямо или через посредство беспозвоночных животных (дафнии, босмины, коловратки, олигохеггы и другие так называемые фильтраторы) используется рыбами. Поэтому, зная оптимальные условия активной жизнедеятельности бактерий, этим процессом можно управлять, увеличивая их биомассу и, следовательно, рыбопродуктивность водоемов. Таким образом, роль бактерий в продуктивности водоемов сводится к передаче энергии, заключенной в органическом веществе отмирающего фитопланктона и в привнесенном органическом веществе суши, через инфузорий и других фильтратов к макрозоопланктону - источнику питания рыб.
Велика роль микроорганизмов в круговороте биогенных элементов в водоемах, который осуществляется по тому же принципу, что и в почве.
В наш век, в век ускоренного индустриального развития, водоемы, как пресные, так и морские, испытывают огромную нагрузку промышленных и бытовых сточных вод. Охрана водоемов от загрязнения становится одной из важнейших проблем.
Различают естественные загрязнения, происходящие независимо от человека, и загрязнения, связанные с деятельностью человека (отходы промышленности, радиоактивные вещества, нефтепродукты, пестициды и др.). Хотя естественные загрязнения происходят постоянно, они менее существенны в сравнении с теми загрязнениями, которые вносит человек.
В последнее время значительно возрос интерес к изучению процессов биологического самоочищения водоемов от загрязнения. Под самоочищением понимают биологические и физико-химические процессы, приводящие к восстановлению качества воды. Физикохимическое самоочищение осуществляется путем осаждения взвешенных веществ и окисления растворенных соединений кислородом.
Биологическое самоочищение водоемов является результатом жизнедеятельности целого комплекса водных организмов, которые выполняют функцию по обезвреживанию и окислительной переработке поступающих в водоем загрязняющих веществ. Начальные этапы процесса самоочищения осуществляют организмы, питающиеся растворенными органическими веществами. Это в основном бактерии, грибы и ряд простейших. Многие водные животные - низшие ракообразные и коловратки - пожирают бактерии, простейших животных и мелкий органический детрит, т. е. все то, что содержится в загрязненных водоемах.
Очищение воды, в том числе и сточных вод, от органических и неокисленных минеральных загрязнений с помощью микроорганизмов разделяется на анаэробное и аэробное. От участия кислорода зависит интенсивность и степень очистки. Аэробным процессам распада, как и анаэробным, подвергаются разного рода органические вещества, сбрасываемые в водоемы. Это клетчатка, фенолы и крезолы, углеводороды нефти и др. В аэробных условиях процессы разложения их происходят наиболее интенсивно и полно, чаще всего до простых минеральных соединений, воды, углекислого газа, водорода, нитратов и сульфатов.
Анаэробные процессы протекают в замедленном темпе, распад органических веществ, а следовательно, и очистка воды происходят значительно дольше, чем при аэробной очистке. Образующиеся продукты часто более токсичны, чем исходные. Это сероводороды, меркаптаны, аммиак, низкомолекулярные жирные кислоты.
Биологическая очистка сточных вод производится на специально приспособленных земельных участках - полях орошения и полях фильтрации, куда спускаются подлежащие очистке воды. Просачиваясь через слои почвы, они подвергаются окислительному воздействию целого комплекса почвенных микроорганизмов, в результате чего содержащиеся органические вещества полностью минерализуются. Аналогичный процесс наблюдается при сбросе сточных вод в водоем. Микрофлора водоема окисляет весь комплекс растворенных соединений до минеральных продуктов.
Однако в настоящее время при высоком уровне развития промышленности и огромном количестве образующихся сточных вод естественные методы очистки в водоемах не могут быть использованы, так как это приведет к резкому дефициту кислорода в водоемах (из-за потребления кислорода на окислительные процессы) и, следовательно, к вымиранию всего живого. Поэтому создаются специальные сооружения аэробной биологической очистки - биосферы, аэрофильтры и аэротенки. Принцип очистки сточных вод на этих сооружениях тот же, что на полях фильтрации. Но благодаря созданию для микроорганизмов наиболее благоприятных экологических условий - аэрации, температуры, реакции среды, содержанию некоторых солей - процесс биологического окисления идет гораздо интенсивнее.