廢水生物處理法的一種主要方法。以廢水中有機污染物作為培養基（底物），在有氧的條件下，對各種微生物群體進行混合連續培養，形成活性污泥。利用活性污泥在廢水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉澱等作用過程，去除廢水中有機污染物，使廢水得到淨化。活性污泥法從創立至今已約有70年的歷史，目前已成為城市污水和有機工業廢水的最有效的生物處理法，應用非常普遍。
這種方法是：在一段時間內將空氣連續打入生活污水或有機工業廢水，使水中保持足夠的溶解解氧，經過一定的時間，污水中可生成呈褐色、易於沉淀的絮凝體，即活性污泥。在活性污泥中存在著大量的、由各種需氧細菌和原生動物組成的微生物群體，還含有以金屬氫氧化物為主體的無機物。
流程 活性污泥法的主要設備是曝氣池和二次沉淀池（見沉淀池）。需處理的污水和從二次沉淀池回流的活性污泥同時進入曝氣池，沿曝氣池的長度打入空氣，使污水和活性污泥充分混合接觸，並得到溶解氧，為微生物的生長繁殖創造良好條件。污水中的有機污染物不斷地為微生物所攝取、分解，污水便得到凈化。混合液流入二次沉淀池，污水和活性污泥分離。凈化後的污水向外排放。一部分活性污泥回流到曝氣池進行接種，剩餘污泥從系統中排除。基本流程見圖1。
活性污泥及其微生物 活性污泥中的微生物群體是由細菌、真菌、原生動物和後生動物等多種微生物組成的生態系。
細菌是使活性污泥具有凈化功能的主要微生物。活性污泥中常見的細菌有動膠桿菌、假單孢菌、芽孢桿菌、小球菌、黃桿菌、產堿桿菌、無色桿菌、產氣桿菌和諾卡氏菌等屬。污水中有機污染物的種類對哪些種屬的細菌在活性污泥中占優勢起決定作用。活性污泥中的細菌通常是以菌膠團的形式存在，呈遊離狀態者較少。菌膠團是由細菌分泌的膠質將細菌包覆成為表面為多糖類的粘性團塊，使細菌具有抵禦外界不利因素的能力，並使活性污泥自身具有良好的凝聚和沉淀的性能。菌膠團是活性污泥絮凝體的主要組成部分，形狀很多，有分枝狀、片狀、垂絲狀、蘑菇狀等(圖2， a)。
活性污泥中還存在著絲狀菌，常見的有球衣菌、白硫菌和硫絲菌等屬。球衣菌對有機物有較強的氧化分解能力，但如果繁殖過多會產生“污泥膨脹”現象，影響污泥的沉淀性能，降低污水處理效果。
活性污泥中的原生動物有鞭毛蟲、根足蟲、纖毛蟲和吸管蟲等四類。它們多以遊離細菌和有機顆粒為食。如運行條件和水質發生變化，它們的種屬也隨之變化，這能夠在一定程度上反映水質和處理效果，因此稱為指示生物。例如，初期是鞭毛蟲類和根足蟲類占優勢，然後是自由遊泳型的纖毛蟲類(圖2， b)居優勢，而當活性污泥已經成熟，處理效果良好時，則是匍匐型或附著型的纖毛蟲類（圖2， c）占優勢。
活性污泥中有時也出現以輪蟲為主的多細胞後生動物。輪蟲隻在有機物含量很低的水中出現，因此，輪蟲的出現說明污水處理效果良好，但出現過多則又往往是活性污泥老化的反映。
對活性污泥質量的評價，除對上述生物相的觀察外，還有下列各項指標：①混合液懸浮固體(MLSS)濃度，又稱混合液濃度，單位為毫克／升，是一升曝氣池混合液所含懸浮固體的質量，在工程上用作計量活性污泥微生物量的指標。②混合液揮發性懸浮固體(MLVSS)濃度，指活性污泥中有機物的量，因此能夠更準確地表示活性污泥微生物的量。在一般情況下，MLVSS/MLSS的比值比較固定，對生活污水來說，比值為0.7左右。③污泥容積指數(SVI)，指在曝氣池出口處混合液經30分鐘靜沉後，1克幹污泥所占的容積。它能夠較好地反映活性污泥的活性和凝聚、沉淀性能。SVI值過低，說明污泥顆粒細小緊密，無機物較多，缺乏活性；過高，則說明污泥難於沉淀分離。SVI值以小於100為宜，大於200表明已產生膨脹現象。④污泥齡，是曝氣池中活性污泥總量與每日排放的剩餘污泥量之比，也就是污泥在曝氣池內的平均停留時間。
降解過程 活性污泥對有機物的降解過程可分為兩個階段。第一階段是吸附階段。活性污泥有較強的吸附能力，污水中大部分有機污染物是通過吸附去除的。第二階段是攝取、分解階段。細菌將被吸附的有機物攝入體內，進行代謝，將其中一部分合成為新的細胞，另一部分進行氧化分解，以獲得能量，最終形成二氧化碳和水等物質。
實踐證明，有機物與微生物數量的比值（F:M）是影響有機物降解速度、活性污泥增長速度以及氧利用速度的主要因素。在實際應用上，F:M是以BOD（生化需氧量）－活性污泥負荷率(Ns)表示的，即：
式中Q為污水流量(米3／日)；La為污水BOD5（5日生化需氧量）濃度（毫克／升）；V為曝氣池容積(米3)；X 為混合液(MLSS)濃度（毫克／升）。
運行方法 用活性污泥法處理廢水有下述幾種運行方法：
傳統活性污泥法 這是多年來一直采用的方法。如圖1所示，污水凈化的兩個階段在一個統一的曝氣池內連續進行。這種方法處理效果良好，但需氧量分佈不均，占地面積大。
階段曝氣法 又稱逐步負荷法。這種方法污水沿曝氣池長度分段進水，負荷分佈均勻，需氧量也分佈均勻，污泥濃度逐步降低，對二次沉淀池運行有利。處理效果與傳統法相近，但效率較高。
生物吸附法 又稱接觸穩定法。如圖3所示，污水同活性污泥在吸附池混合接觸15～60分鐘，進行吸附。從沉淀池回流的污泥首先在再生池內進行生物代謝，恢復活性，再進入吸附池。這種方法的凈化效果較低於傳統活性污泥法。
以上各法所用的曝氣池都呈長方形，污水在池內推流前進，因此又統稱為推流式曝氣池。近年來，出現瞭一種完全混合型曝氣池，污水和活性污泥入池後，立即同池內原有混合液充分混合。池內各點水質相同，微生物群體的構成基本相同，因此，有可能將整個曝氣池的凈化功能都控制在統一的最佳條件下。完全混合曝氣池可以分建，也可以合建，圖4即為合建式曝氣池，又稱曝氣沉淀池。
除上述幾種方法外，常用的還有延時曝氣法，又稱完全氧化法。這種方法負荷率很低，所需池容大，但氧化較為徹底，處理效果好，產生的污泥量也較少。
發展趨勢 近年來活性污泥法在凈化理論、應用范圍、運行方式等方面都得到瞭很大的發展，創立瞭幾種能夠提高供氧能力、增加混合液濃度、強化代謝過程的高效活性污泥處理方法。其中主要有：
富氧曝氣法 富氧曝氣是以氧氣代替空氣。氧的分壓大，轉移率高，使曝氣池內能夠保持高濃度的溶解氧（一般可達6～10毫克／升）和高額的活性污泥濃度(可達6～10克／升)，因而能夠大大地縮小曝氣池的容積。這種處理方法產生的活性污泥量少，而且具有良好的凝聚沉淀性能，污泥質地密實，SVI值介於30～50之間，能減輕二次沉淀池的負荷，不必設污泥濃縮池。目前在生產上使用的富氧曝氣池，有多段封閉式曝氣池(Unox法)和敞開式曝氣池（Marox法）兩種。
深水曝氣法 深水曝氣可使氧的轉移率和水中溶解氧濃度大幅度提高，氧的利用率可達90％，動力效率可達每千瓦小時6公斤氧，大大減少動力消耗，降低處理費用。深水曝氣的深度可達100米，甚至更深。
活性污泥處理系統在運行中最經常出現的異常情況是污泥膨脹。污泥膨脹的現象是污泥的結構松散，體積膨脹，不易沉淀，SVI值增高，含水率上升。污泥膨脹的原因主要是絲狀菌大量增殖。污水中碳水化合物含量多，氮、磷、鐵等營養物質缺乏，碳氮比失調，溶解氧不足，水溫增高，pH值過低等因素都是絲狀菌大量增殖的誘因。為瞭防止污泥膨脹，應加強運行管理。如污泥已經膨脹，要針對原因采取措施。