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  1912年,克拉克(Clark)和蓋奇(Gage)將汙水裝在玻璃瓶裡,進行實驗。他們發現對汙水長時間曝氣,玻璃瓶裡會出現汙泥,水質也得到明顯改善。他們進一步發現,將那些沒有洗乾淨而附著有汙泥的瓶子用作汙水曝氣實驗,汙水處理效果更好。他們稱這種自己生長的汙泥為“活性汙泥”(Activated Sludge)。讓曝氣後的汙水靜止沉澱,倒出上層已經淨化的清水,留下瓶底的汙泥,供第二天使用,這樣可以大大縮短汙水處理的時間。  1914年,第一座活性汙泥法汙水處理廠在英國曼徹斯特建立。

  肉眼觀察活性汙泥,呈黃褐色絮狀物質。氣味特殊,但無臭味。在顯微鏡下觀察活性汙泥顆粒,可以看見大量微生物,包括各種細菌、真菌、原生動物和少量的後生動物。除此之外,還有作為粘附基礎的無機物質存在。這些微生物和無機物組成了微型的生態系統。這種生態系統成為菌膠團或稱"膠羽"。活性汙泥顆粒中70-90%是有機物,即微生物,另有10-30%是其他無機物質。  菌膠團是有細菌分泌的多糖類物質將細菌包覆為黏性團塊,構成活性汙泥絮凝體的核心。在菌膠團外圍,粘附了著真菌和原生動物,而較為高等的後生動物則是處於相對遊離的狀態。

  典型的活性汙泥法是由曝氣池、沉澱池、汙泥迴流系統和剩餘汙泥排除系統組成。  汙水和迴流的活性汙泥一起進入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機站送來的壓縮空氣,通過鋪設在曝氣池底部的空氣擴散裝置,以細小氣泡的形式進入汙水中,目的是增加汙水中的溶解氧含量,還使混合液處於劇烈攪動的狀態,形懸浮狀態。溶解氧、活性汙泥與汙水互相混合、充分接觸,使活性汙泥反應得以正常進行。  經過活性汙泥淨化作用後的混合液進入二次沉澱池,混合液中懸浮的活性汙泥和其他固體物質在這裡沉澱下來與水分離,澄清後的汙水作為處理水排出系統。經過沉澱濃縮的汙泥從沉澱池底部排出,其中大部分作為接種汙泥迴流至曝氣池,以保證曝氣池內的懸浮固體濃度和微生物濃度;增殖的微生物從系統中排出,稱為“剩餘汙泥”。事實上,汙染物很大程度上從汙水中轉移到了這些剩餘汙泥中。  活性汙泥法的原理形象說法:微生物“吃掉”了汙水中的有機物,這樣汙水變成了乾淨的水。它本質上與自然界水體自淨過程相似,只是經過人工強化,汙水淨化的效果更好。

  自1912年開始自今,活性汙泥法經過近100年的發展和改良,在理論和實踐上都相當的成熟,同時也衍生出了很多種類的執行方式,如下列舉的是各種典型的活性汙泥法工藝流程:

  傳統活性汙泥法會排放出大量剩餘汙泥。這些汙泥中飽含著各種汙染物,所以處理和處置這些汙泥也是一大難題。現在的活性汙泥法發展趨勢是汙泥減量化和與厭氧法組合處理工藝。
活性汙泥法是一種汙水的好氧生物處理法,由英國的克拉克(英語:Clark)和蓋奇(英語:Gage)於1912年發明。如今,活性汙泥法及其衍生改良工藝是處理城市汙水最廣泛使用的方法。它能從汙水中去除溶解性的和膠體狀態的可生化有機物以及能被活性汙泥吸附的懸浮固體和其他一些物質,同時也能去除一部分磷素和氮素。