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活性污泥微生物能够连续从污水中去除有机物，是由以下几个过程完成的。
（1）初期去除与吸附作用
在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短的时间（3-5分钟）内就出现了很高的有机物（BOD）去除率，这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的，由于污泥表面积很大（介于2000-10000m2/m3混合液），且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的，初期被去除的BOD象一种备用的食物源一样贮存在微生物细胞的表面，经过几小时的曝气后，才会相继摄入代谢。
在初期，被单位污泥去除的有机物数量是有一定限度的，它取决于污水的类型以及与污水接触时的污泥性能，例如，污水中呈悬浮的和胶体的有机物多，则初期去除率大，反之如溶解性有机物多，则初期去除率就小，又如，回流的污泥未经足够地曝气，预先贮存在污泥里的有机物将代谢不充分，污泥未得到再生，活性不能很好恢复，因而必将降低初期去除率，但是，如回流污泥经过长时间的曝气，则会使污泥长期处于内源呼吸阶段，由于过分自身氧化而失去活性，同样也会降低初期去除率。
（2）微生物的代谢作用
活性污泥微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质（原生质）；对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成CO2和H2O等稳定的物质。在新细胞合成与微生物增长的过程中，除氧化一部分有机物以获得能量外，还有一部分微生物细胞物质也在进行氧化分解，并供应能量。
活性污泥微生物从污水中去除有机物的代谢过程，主要是由微生物细胞物质的合成（活性污泥增长），有机物（包括一部分细胞物质）的氧化分解和氧的消耗所组成，当氧供应充足时，活性污泥的增长与有机物的去除是并行的；污泥增长的旺盛时期，也就是有机物去除的快速时期。

（3）絮凝体的形成与凝聚沉淀
污水中有机物通过生物降解，一部分氧化分解形成二氧化碳和水，一部分合成细胞物质成为菌体，如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算结束，为了使菌体从水中分离出来，现多使用重力沉淀法，如果每个菌体都处于松散状态，由于其大小与胶体颗粒大体相同，那么将保持稳定悬浮状态，沉淀分离是不可能的，为此，必须使菌体凝聚成为易于沉淀的絮凝体。
易于形成絮凝体的细菌有动胶菌属、产碱杆菌、无色杆菌、黄杆菌、假单孢菌等，但无论哪一种细菌又都是在一定条件下才能够凝聚的。