În regim natural epurarea biologică se desfăşoară de obicei fără recirculare, pe câmpuri de irigare şi filtrare, filtre de nisip, câmpuri de infiltrare subterană, iazuri de stabilizare sau iazuri biologice. Toate aceste metode asigură grade înalte de epurare 95…99%, dar prezintă dezavantajul unei suprafeţe mari de teren ocupate sustrase circuitului agricol.

Ele de fapt constitue prima metodă de epurare utilizată de romani la purificarea apelor de la palatele racordate la o reţea primitivă de canalizare. Apele uzate erau dirijate spre zone mlăştinoase cu plantaţii de stuf.

Iazurile biologice, denumite şi iazuri de oxidare sau lagune sunt bazine naturale sau artificiale de mică adâncime 1…2 m şi cu suprafaţă mare în plan. Această formă geometrică conduce la volume mari de apă care, în raport cu debitul, oferă timpi lungi de retenţie 2…30 zile. În aceste bazine apar procese naturale de degradare a substanţelor organice, de sedimentare (limpezire), de dezinfectare în care factorul uman intervine parţial în proces.

Înainte de a intra în iaz apa uzată trece printr-o treaptă de epurare fizică dotată cu grătare, separator de grăsimi, deznisipator, decantor. Eficienţa treptei primare este hotărâtoare pentru valorile gradului de epurare a apei.
Funcţiile unui iaz biologic pot fi multiple: a) asigurarea epurării apelor uzate – el există ca instalaţie unică de purificare; b) treaptă secundară sau terţiară într-o instalaţie care are şi o parte fizică de epurare; c) bazin de egalizare uniformizare a concentraţiilor şi debitelor; d) bazin de sedimentare suplimentară pentru finisarea clarificării. Dezavantajul principal al lagunelor este concentraţia ridicată în suspensii solide a efluentului, peste 100 mg/l.

În funcţie de caracterul procesului care se desfăşoară în iaz se poate face următoarea clasificare a bazinelor: a) iazuri aerobe – procesul de degradare se desfăşoară în întregul volum de apă din bazin, caracterizat prin adâncime mică; b) iazuri facultativ aerobe/anaerobe în care apar concomitent procese de degradare în regim de oxidare a substanţelor organice şi de fermentaţie (lacuri cu adâncime mare); c) iazuri aerobe de mare încărcare în care se realizează o stabilizare aerobă completă a materiilor organice. Alegerea se face în funcţie de teren (cost şi amplasare) şi de perfomanţele solicitate. Din punctul de vedere al modului cum se asigură oxigenarea lagunelor acestea pot fi: a) lagune naturale la care apar procese de reaerare naturală; b) lagune aerate – oxigenarea se realizează cu echipamente mecanice.

Factorii care influenţează procesul sunt: forma şi adâncimea iazului, condiţiile climatice (temperatura, precipitaţiile, vântul, stratul de gheaţă de la suprafaţă, luminozitatea etc.), compoziţia şi concentraţia apei etc. Pe măsură ce apa parcurge iazul se disting o serie de zone succesive: a) faza de fermentaţie acidă – pH-ul scade sub 4, iazul degajă un miros de acizi graşi; b) faza de fermentaţie metanică – pH-ul creşte spre 7, se degajă un miros de grajd, iazul este colorat în negru; c) faza facultativ aerobă-anaerobă fără miros, iazul este colorat în roşu sau verde funcţie de organismele predominante în straturile superioare.

În aceste bazine se desfăşoară procese biochimice aerobe şi anaerobe care contribuie, alături de fenomenele fizice, la purificarea apelor uzate. În zona de mică adâncime de la suprafaţa apei, străpunsă de lumina solară, apar procese aerobe întreţinute de oxigenul care difuzează prin suprafaţa liberă şi cel furnizat în urma fenomenului de fotosinteză a algelor. În zonele de mare adâncime, în care oxigenul şi lumina solară nu pătrund, apar procese de descompunere anaerobă – fermentaţie cu degajare de gaze.

În straturile intermediare apar procese aerobe sau anaerobe funcţie de adâncimea acestuia. Suspensiile, care nu au fost reţinute
în treapta fizică, se vor depune pe fundul bazinelor formând un strat de nămol. Sedimentarea nămolului se realizează sub influenţa forţelor gravitaţionale, prin biofloculare (viteze de circa 10 ori mai mari ca în regim natural) şi autofloculare.
Bioflocularea apare ca urmare a existenţei unei populaţii mixte de microorganisme, a nivelului ridicat de substanţe nutritive şi a timpului mare de staţionare. Autoflocularea este dependentă de creşterea algelor, a temperaturii şi pH-ului; unele substanţe chimice pe bază de calciu, magneziu sau fosfat de amoniu formează precipitate care se depun antrenând alge şi bacterii.

Sursele de oxigen pentru degradarea biochimică sunt: reaerarea naturală prin suprafaţa liberă (dependentă de mărimea suprafeţei de contact, de temperatură, mişcările suprafeţei generate de vânt etc.), compuşii organici, nitraţi sau sulfaţi, tratarea cu clor şi fotosinteza algelor sub influenţa energiei luminoase, iar în cazul lagunelor aerate echipamentele de oxigenare.