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曝氣生物濾池處理污水的原理是反應器內填料上生長的生物膜中微生物氧化分解作用、填料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用以及生物膜內部微環境和厭氧段的反硝化作用。
首先是微生物附著在填料表面上，污水在流經載體表面過程中，通過有機營養物的吸附，氧向生物膜內部的擴散以及膜中所發生的生物氧化作用，對污染物進行分解。在生物濾池中，污染物、溶解氧及各種必需的營養物質首先要經過液相擴散到生物膜表面，進而到生物膜內部，不但維持了膜上生物群的生長，而且擴散到生物膜表面或內部的污染物也有機會被生物膜生物所分解與轉化，最終形成各種代謝產物(CO、水等)。
曝氣生物濾池的過濾作用表現為填料本身就具有機械的截留作用和吸附作用，進水中的顆粒粒徑較大的懸浮狀物質被截留，經過培菌后濾料上生長有大量微生物，微生物新陳代謝作用產生的粘性物質如多糖類、酯類等起吸附架橋作用，與懸浮顆粒及膠體粒子粘結在一起，形成細小絮體，通過接觸絮凝作用而被去除。因此，生物濾池通過過濾作用就能去除部分污染物，與一般的生物接觸氧化反應器僅靠微生物作用去除污染物相比，更具有優越性。
由于生物膜生長，固著在比表面積較大的濾料表面上，這就使得池中容納著大量微生物，從而在體現出容積負荷高、停留時間短的特點的同時，又能保證濾池在較低的污泥負荷下運行，為進一步降解污水中的有機污染物提供了可靠的保證，進而獲得了優良的處理效果，保證了出水的穩定性。
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