活性污泥法主要依靠存活在曝氣池內的活性污泥微生物，不斷地從其周圍的環境中社區污水中的有機污染物作為營養加以攝取、吸收。

污水中的有機污染物，首先被吸附在大量微生物棲息的活性污泥表面，并與微生物細胞表面接觸，在微生物透膜酶的催化作用下，透過細胞壁進入微生物細胞體內，小分子的有機物能夠直接透過細胞壁進入微生物體內，而如淀粉、蛋白質等大分子有機物，則必須在細胞外酶——水解酶的作用下，被水解為小分子后再為微生物攝入細胞體內。

被攝入細胞體內的有機污染物，在各種胞內酶，如脫氫酶、氧化酶等的催化作用下，微生物對其進行代謝反應。

微生物對一部分有機物進行氧化分解，最終形成CO2和H2O等穩定的無機物質，并從中獲取合成新細胞物質所需要的能量。另一部分有機污染物為微生物用于合成新細胞，即合成代謝，所需能量取自分解代謝。

在曝氣池的末端，由于營養物質的匱乏，微生物可能進入內源代謝反應，微生物對其自身的細胞物質進行代謝反應。

無論是分解代謝還是合成代謝，都能夠去除污水中的有機污染物，但產物卻有所不同，分解代謝的產物是CO2和H2O，可直接排入環境，而合成代謝的產物則是新生的微生物細胞，并以剩余污泥的方式排出活性污泥處理系統，對其需進行妥善處理，否則可能造成二次污染。

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