活性污泥在微生物的代谢作用下，污水中有机物得到降解、去除，与此同步产生的则是活性污泥微生物本身的增殖和随之而来的活性污泥的增长。活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为三个阶段。
在第一阶段，污水主要通过活性污泥的吸附作用而得到净化。在吸附阶段，主要是污水中的有机物转移到活性污泥上去，这是由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面积上有多糖类的粘性物质所致。吸附作用一般30min，BOD5的去除率可达70％。
第二阶段，也称氧化阶段，主要是转移到活性污泥表面的有机物为微生物所利用。在好氧微生物的活动下，有机物先被氧化成中间产物，接着有些中间产物合成为细胞质，另一些中间产物被氧化为无机的最终产物。在此过程中，微生物消耗水中的溶解氧，溶解氧的消耗就是化学需氧量。
第三阶段是 泥水分离阶段，在这一阶段中，活性污泥在二沉池中进行沉淀分离。
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