Изобретение может быть использовано для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и близких к ним по составу сточных вод средних и малых населенных пунктов и отдельно стоящих домов. Способ глубокой биохимической очистки сточных вод включает грубую механическую очистку в песколовках, подачу стока в усреднитель-преаэратор с переменным уровнем (1) и обработку кислородом воздуха с максимальным активным перемешиванием, после чего проводят первичную и повторную аэрацию в аэротенке с аэраторами и нитри- денитрифицирующими зонами (2, 3, 4, 5).