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活性污泥中出現的生物是普通的微生物，主要是細菌，放線菌、真菌、原生動物和少數其它微型動物。在正常情況下，細菌主要以菌膠團形式存在，游離細菌僅出現在未成熟的活性污泥中，也可能出現在廢水處理條件裱花（如毒物濃度升高、PH值過高或過低等），使菌膠團解體時。所以，游離細菌多是活性污泥處于不正常狀態的特征。
除了菌膠團外，成熟的活性污泥中還常常存在絲狀菌，器主要代表是球衣細菌、白硫細菌，他們同菌膠團相互交織在一起。在正常時，其絲狀體長度不大，活性污泥的密度略大于水。但如絲狀菌過量增殖，外延的絲狀體將纏繞在一起并粘連污泥顆粒，使絮凝體松散，密度變小，沉淀性變差，SVI值上升，造成污泥流失，這種現象稱為污泥膨脹。
活性污泥中的原生動物種類很多，常見的有肉足類，鞭毛類和纖毛類等，尤其以固著型纖毛類，如鐘蟲、蓋蟲、累枝蟲等占優勢。在這些固著型纖毛蟲中，鐘蟲的出現頻率高、數量大，而且在生物演替中有著較為嚴密的規律性，因此，一般都以鐘蟲屬作為活性污泥法的特征指示生物。
經驗表明，當環境條件適宜時，微生物代謝活力旺盛，繁殖活躍，可觀察到鐘蟲的纖毛擺動較快，食物泡數量多，個體大，在環境條件惡劣時，原生動物活力減弱，鐘蟲口緣纖毛停止擺動，伸縮泡停止收縮，還會脫去尾柄，蟲體變成圓柱體，甚至越變越長，終至死亡。鐘蟲頂端有氣泡是水中缺氧的標志。當系統有機物負荷增高，曝氣不足時，活性污泥惡化，此時出現的原生動物主要有滴蟲、屋滴蟲、側滴蟲及波豆蟲、腎形蟲、豆形蟲、草履蟲等，當曝氣過度時，出現的原生動物主要是變形蟲。因此，以原生動物作為廢水水質和處理效果好壞的指示生物是可行的，同時，原生動物的觀察與鑒別比細菌方便得多，所以了解活性污泥的生物組成及其演替是十分有用的。
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