人們從自然界的水體自凈過程中受到啟發，認識到經過微生物、特別是細菌的作用，使水體中的污染物得到降解，然后通過水生生態系統中的食物鏈，有時細菌受到限制，進而使水達到凈化。所以，廢水中的生物處理實際上是水體的生物自凈原理在水污染治理中的應用，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系統中，物質的遷移轉化效率之高是任何天然的或農業生態系統所不能比擬的。例如，一個普通的活性污泥廠，每天每平米曝氣池能轉換1~2kg干有機物，他比一個高產的森林中所發生的礦化作用效率要高好幾百倍，該森林要達到同樣的數量，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中，同樣主要是通過微生物代謝產生的酶，來降解、轉化有機物，將有機物最終轉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，就是由細菌、原生動物、等微生物與懸浮物質、膠體物質混雜在一起形成的具有吸附分解有機物能力的絮狀體。也可以說，活性污泥就是具有很強的吸附分解有機物能力的、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。活性污泥與生物膜之所以能在凈化污水中起重要作用，是因為他們具有以下特性：

    1）      具有很強的吸附能力

    當廢水與活性污泥一接觸，首先發生的就是活性污泥對廢水中污染物質的吸附作用。據研究，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）      具有很強的分解、氧化有機物的能力

    被活性污泥吸附的大分子有機物質，在微生物細胞分泌的胞外酶作用下，變成小分子有機物，然后透過細胞膜進入微生物細胞，這些被吸收的營養物質，再由胞內酶的作用，經過一系列生化途徑而氧化為無機物并放出能量，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物轉變為細胞物質，這就是微生物的同化作用。在此過程中，微生物不斷繁殖，有機物不斷地被氧化分解。
當活性污泥對有機物的吸附達到飽和后，通過微生物對有機物的氧化分解，除去了活性污泥所吸附和吸收的大量有機物，是污泥又重新呈現活性，恢復了它的吸附能力。

    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“有機物→細菌→原生動物→微型后生動物”這樣的食物鏈。因為有機物雖然能通過細菌等腐生營養性的微生物的作用而去除，但僅有他們的作用還難以達到處理的目標。也就是說，要達到處理目標，原生動物等動物性營養的生物對細菌的捕食作用是必不可少的。