人們從自然界的水體自凈過程中受到啟發(fā)，認(rèn)識到經(jīng)過微生物、特別是細(xì)菌的作用，使水體中的污染物得到降解，然后通過水生生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈，有時細(xì)菌受到限制，進(jìn)而使水達(dá)到凈化。所以，廢水中的生物處理實(shí)際上是水體的生物自凈原理在水污染治理中的應(yīng)用，也可以說是模擬天然水體自凈作用的一種生物工程。

    利用這一原理來凈化污水，所要投加的人力、物力比其他方法要少得多。在廢水生物處理的人工生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化效率之高是任何天然的或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)所不能比擬的。例如，一個普通的活性污泥廠，每天每平米曝氣池能轉(zhuǎn)換1~2kg干有機(jī)物，他比一個高產(chǎn)的森林中所發(fā)生的礦化作用效率要高好幾百倍，該森林要達(dá)到同樣的數(shù)量，需要一年時間。所以廢水生物處理工廠是一個效率極高的集中進(jìn)行礦化作用的場所。

    與天然水體自凈過程類似，在廢水生物處理系統(tǒng)中，同樣主要是通過微生物代謝產(chǎn)生的酶，來降解、轉(zhuǎn)化有機(jī)物，將有機(jī)物最終轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水，從而使廢水得到凈化。目前最常用的生物處理方法是活性污泥法赫和生物膜法。因此，以這兩種處理方法中微生物的作用為例，來說明廢水生物處理的作用機(jī)理。

    2.1.活性污泥的定義和特性

    2.1.1.活性污泥的定義

    生物處理中的活性污泥，就是由細(xì)菌、原生動物、等微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起形成的具有吸附分解有機(jī)物能力的絮狀體。也可以說，活性污泥就是具有很強(qiáng)的吸附分解有機(jī)物能力的、充滿微生物的污泥。生物膜則是附著在填料上呈薄膜狀的活性污泥。

    2.1.2.活性污泥的定義

    活性污泥的絮體顆粒大小約為0.02~0.2mm，表面積為20~100cm2/ml，密度約為1.002~1.006?；钚晕勰嗯c生物膜之所以能在凈化污水中起重要作用，是因?yàn)樗麄兙哂幸韵绿匦裕?/p>

    1）      具有很強(qiáng)的吸附能力

    當(dāng)廢水與活性污泥一接觸，首先發(fā)生的就是活性污泥對廢水中污染物質(zhì)的吸附作用。據(jù)研究，生活鉛、鎳、鋅等金屬離子，大約30%～90%能被活性污泥通過吸附去除。

    2）      具有很強(qiáng)的分解、氧化有機(jī)物的能力

    被活性污泥吸附的大分子有機(jī)物質(zhì)，在微生物細(xì)胞分泌的胞外酶作用下，變成小分子有機(jī)物，然后透過細(xì)胞膜進(jìn)入微生物細(xì)胞，這些被吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，再由胞內(nèi)酶的作用，經(jīng)過一系列生化途徑而氧化為無機(jī)物并放出能量，這就是微生物的異化作用；與此同時，微生物又利用呼吸作用釋放的能量，把氧化過程的一些中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞物質(zhì)，這就是微生物的同化作用。在此過程中，微生物不斷繁殖，有機(jī)物不斷地被氧化分解。
當(dāng)活性污泥對有機(jī)物的吸附達(dá)到飽和后，通過微生物對有機(jī)物的氧化分解，除去了活性污泥所吸附和吸收的大量有機(jī)物，是污泥又重新呈現(xiàn)活性，恢復(fù)了它的吸附能力。

    3）具有較長的食物鏈

    在活性污泥和生物膜中，一般都能看到存在著“有機(jī)物→細(xì)菌→原生動物→微型后生動物”這樣的食物鏈。因?yàn)橛袡C(jī)物雖然能通過細(xì)菌等腐生營養(yǎng)性的微生物的作用而去除，但僅有他們的作用還難以達(dá)到處理的目標(biāo)。也就是說，要達(dá)到處理目標(biāo)，原生動物等動物性營養(yǎng)的生物對細(xì)菌的捕食作用是必不可少的。