При наличии кислорода органические вещества распадаются на более простые в результате активности бактерий — биохимическое окисление (биологическая очистка воды), т.е. при достаточном количестве O2 проявляется активность аэробных микроорганизмов, которые питаются органическими веществами. Суммарный эффект проявляется в значительном снижении количества кислорода, растворенного в воде. Растворение кислорода воздуха идет недостаточно быстро, особенно в тех случаях, когда поверхность водоемов остается спокойной. Когда вода на длительное время остается без кислорода, наблюдается массовая гибель аэробных микроорганизмов, которая соответственно сопровождается массовым размножением анаэробных микроорганизмов, разрушающих всю биомассу путем брожения. Этот переход от аэробного к анаэробному состоянию воды называют опрокидыванием. В результате целого ряда взаимосвязанных процессов брожения образуются СН4, СО2, NН3, Н2S.
Особую форму органических загрязнений представляют собой фекалии, так как они содержат патогенные микробы, выделяющиеся из организма человека и животных.
При сильном загрязнении воды мочой и навозной жижей в ней оказывается большое количество мочевины. Бактерии в сточных водах под действием ферментов выделяют аммиак:
(NН4)2СО + 2Н2О → уреаза Н2СО3 + 2 NН3
Из 1 л навозной жижи образуется до 4,5 г аммиака, который может выделиться при определенных условиях. Аммиак в воде находится в равновесии с ионом аммония, при повышении температуры и при рН > 7 равновесие сдвигается в сторону выделения NН3.
Температура 25 °С и рН 11 сильно сдвигают равновесие в сторону выделения аммиака. Такие условия создаются в летнее время в стоячих водах прудов. При вдыхании аммиака, а также при питье загрязненной воды аммиак быстро усваивается организмом. Растворяясь в крови, аммиак создает щелочную среду и растворяет белки, нанося вред организму. При достаточном содержании в воде растворенного кислорода нитрифицирующие бактерии в течение длительного времени могут перевести аммиак в нитриты и далее в нитраты.