الحمأة المنشطة

تتضمن معالجة المواد النيتروجينية أو الفوسفورية إضافة حجرة لاهوائية داخل خزان التهوية لتحسين كفاءة عملية النترجة وإزالة النتروجين. في البداية، يتأكسد الأمونيا إلى نتريت، والذي يتحول بدوره إلى نترات في ظروف هوائية (حجرة التهوية). بعد ذلك، تقوم البكتيريا الاختيارية باختزال النترات إلى غاز النيتروجين في ظروف لاهوائية (الحجرة اللاهوائية). علاوة على ذلك، تكون الكائنات الحية المسؤولة عن امتصاص الفوسفور (الكائنات الحية المُراكمة للفوسفات المتعدد) أكثر كفاءة في الظروف اللاهوائية. تُراكم هذه الكائنات الدقيقة كميات كبيرة من الفوسفات في خلاياها وتترسب في حوض الترسيب الثانوي. يتم التخلص من الحمأة المترسبة إما كحمأة مُنشطة مُهدرة أو يُعاد استخدامها في خزان التهوية كحمأة مُنشطة مُعادة. يجب إعادة جزء من الحمأة إلى خزانات التهوية للحفاظ على عدد كافٍ من الكائنات الحية.

ينخفض ​​إنتاج الكائنات الحية المُراكمة للفوسفات المتعدد بنسبة تتراوح بين 70 و80% في ظل الظروف الهوائية. ورغم إمكانية إزالة الفوسفور قبل دخوله خزان التهوية عن طريق الترسيب الكيميائي (بإضافة أيونات معدنية مثل الكالسيوم أو الألومنيوم أو الحديد)، إلا أن الإزالة البيولوجية للفوسفور أكثر اقتصادية نظرًا لتوفيرها للمواد الكيميائية.

تتضمن هذه العملية إدخال الهواء أو الأكسجين إلى مزيج من مياه الصرف الصحي أو مياه الصرف الصناعي المعالجة مبدئيًا، مع إضافة الكائنات الحية لتكوين ندفة بيولوجية تقلل من المحتوى العضوي لمياه الصرف الصحي . تتكون هذه المادة، التي تكون بنية اللون في الحمأة الصحية، بشكل أساسي من البكتيريا الرمية، ولكنها تحتوي أيضًا على مكون هام من الأوليات، يتألف بشكل رئيسي من الأميبا ، والسبيروتريش ، والبيريتريش، بما في ذلك الفورتيسيليدات ، ومجموعة من الأنواع الأخرى التي تتغذى بالترشيح. تشمل المكونات الهامة الأخرى الدوارات المتحركة والثابتة . في الحمأة المنشطة سيئة الإدارة، يمكن أن تتطور مجموعة من البكتيريا الخيطية المخاطية - بما في ذلك Sphaerotilus natans و Gordonia [ ^{5 ] وغيرها من الكائنات الحية الدقيقة - مما ينتج عنه حمأة يصعب ترسيبها، وقد يؤدي ذلك إلى تدفق طبقة الحمأة فوق الحواجز في خزان الترسيب ،} مما يؤدي إلى تلوث شديد لجودة المياه المعالجة النهائية. غالباً ما توصف هذه المادة بأنها فطريات الصرف الصحي، لكن المجتمعات الفطرية الحقيقية نادرة نسبياً.

يُعرف مزيج مياه الصرف الصحي والكتلة البيولوجية باسم السائل المختلط . في جميع محطات الحمأة المنشطة، بعد معالجة مياه الصرف الصحي بشكل كافٍ، يُصرّف السائل المختلط الزائد إلى خزانات الترسيب، ويُجرى تصريف السائل العلوي المعالج لمزيد من المعالجة قبل تصريفه. يُعاد جزء من المادة المترسبة، أي الحمأة ، إلى بداية نظام التهوية لإعادة تلقيح مياه الصرف الصحي الجديدة الداخلة إلى الخزان. يُطلق على هذا الجزء من الندف اسم الحمأة المنشطة المُعادة (RAS).

يمكن تقليل المساحة المطلوبة لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي باستخدام مفاعل حيوي غشائي لإزالة جزء من مياه الصرف من السائل المختلط قبل المعالجة. ينتج عن ذلك منتج نفايات أكثر تركيزًا يمكن معالجته بعد ذلك باستخدام عملية الحمأة المنشطة.

تستخدم العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي مضخات التدفق المحوري لنقل السائل المختلط المُنتَرج من منطقة التهوية إلى المنطقة اللاهوائية لإزالة النترات. تُعرف هذه المضخات عادةً باسم مضخات إعادة تدوير السائل المختلط الداخلي (مضخات IMLR). يتم خلط مياه الصرف الصحي الخام، ونظام الحمأة المنشطة المُعاد تدويرها، والسائل المختلط المُنتَرج بواسطة خلاطات غاطسة في المناطق اللاهوائية لتحقيق إزالة النترات.

يُطلق اسم الحمأة المنشطة أيضًا على المادة البيولوجية النشطة التي تنتجها محطات معالجة الحمأة المنشطة. تُسمى الحمأة الزائدة "الحمأة المنشطة الفائضة" أو "الحمأة المنشطة المهدرة"، وتُزال من عملية المعالجة للحفاظ على توازن نسبة الغذاء إلى الكتلة الحيوية (حيث تشير الكتلة الحيوية إلى الحمأة المنشطة). عادةً ما تُخلط هذه الحمأة مع الحمأة الأولية من أحواض الترسيب الأولية، وتخضع لمعالجة إضافية، مثل الهضم اللاهوائي ، يليه التكثيف والتجفيف والتسميد والاستخدام في الأراضي الزراعية.

تتناسب كمية الحمأة الناتجة عن عملية الحمأة المنشطة تناسبًا طرديًا مع كمية مياه الصرف الصحي المعالجة. ويتكون إجمالي إنتاج الحمأة من مجموع الحمأة الأولية من أحواض الترسيب الأولية، بالإضافة إلى الحمأة المنشطة الناتجة عن المفاعلات الحيوية. وتنتج عملية الحمأة المنشطة ما بين 70 و100 غرام لكل متر مكعب (1.9-2.7 أونصة/ ياردة مكعبة) من الحمأة المنشطة (أي غرامات المواد الصلبة الجافة المنتجة لكل متر مكعب من مياه الصرف الصحي المعالجة). ويُعتبر 80 غرامًا لكل متر مكعب (2.2 أونصة/ ياردة مكعبة) كمية نموذجية. ^{[ 6 ]} إضافةً إلى ذلك، يتم إنتاج ما بين 110 و170 غرامًا لكل متر مكعب (3.0-4.6 أونصة/ ياردة مكعبة) من الحمأة الأولية في أحواض الترسيب الأولية، والتي تستخدمها معظم - وليس كل - تكوينات عملية الحمأة المنشطة. ^{[ 6 ]}      

تتمثل طريقة التحكم العامة في العملية في مراقبة مستوى طبقة الحمأة، ومؤشر حجم الحمأة (SVI)، ومتوسط ​​زمن بقاء الخلايا (MCRT)، ونسبة الغذاء إلى الكائنات الدقيقة (F/M)، بالإضافة إلى الكائنات الحية الدقيقة في الحمأة المنشطة والمغذيات الرئيسية: الأكسجين المذاب (DO )، والنيتروجين ، والفوسفات ، والطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD)، والطلب الكيميائي على الأكسجين (COD ). في نظام المفاعل/المهوية والمصفّي، تُقاس طبقة الحمأة من قاع المصفّي إلى مستوى المواد الصلبة المترسبة في عمود الماء؛ ويمكن إجراء ذلك، في المحطات الكبيرة، حتى ثلاث مرات يوميًا.

مؤشر حجم الحمأة (SVI) هو حجم الحمأة المترسبة التي تشغلها كتلة معينة من المواد الصلبة الجافة للحمأة. ويُحسب بقسمة حجم الحمأة المترسبة في عينة من السائل المختلط، مُقاسًا بالمليلتر لكل لتر من العينة (بعد 30 دقيقة من الترسيب)، على تركيز المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط (MLSS)، مُقاسًا بالجرام لكل لتر. ^{[ 7 ] [ 8 ]} أما زمن الاحتفاظ بالحمأة (MCRT) فهو الكتلة الإجمالية (بالكيلوجرام أو الرطل) للمواد الصلبة العالقة في السائل المختلط في جهاز التهوية وجهاز الترسيب مقسومًا على معدل تدفق الكتلة (بالكيلوجرام/الرطل يوميًا) للمواد الصلبة العالقة في السائل المختلط الخارجة كحمأة منزوعة الكبريتات (WAS) والنفايات السائلة النهائية. ^{[ 7 ] [ 8 ]} ونسبة الغذاء إلى الكائنات الدقيقة (F/M) هي نسبة الغذاء المُقدم للكائنات الدقيقة يوميًا إلى كتلة الكائنات الدقيقة الموجودة تحت التهوية. بشكل أدق، يُحسب الطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD) بقسمة كمية الأكسجين الحيوي المستهلك (BOD) المُغذى إلى جهاز التهوية (بالكيلوغرام/الرطل يوميًا) على كمية المواد الصلبة العالقة المتطايرة في السائل المختلط (MLVSS) (بالكيلوغرام أو الرطل) أثناء التهوية. ملاحظة: تستخدم بعض المراجع المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط (MLSS) اختصارًا، ولكن تُعتبر MLVSS أكثر دقة لقياس الكائنات الدقيقة. ^{[ 7 ] [ 8 ]} ومرة ​​أخرى، يُستخدم الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) عادةً بدلًا من BOD اختصارًا، نظرًا لأن نتائج BOD تستغرق خمسة أيام.

لضمان استقرار البكتيريا بشكل جيد وتجنب مشاكل الترسيب الناتجة عن البكتيريا الخيطية، ينبغي على محطات معالجة المياه التي تستخدم الهواء الجوي كمصدر للأكسجين الحفاظ على مستوى الأكسجين المذاب (DO) عند حوالي 2 ملغم/لتر في خزان التهوية. في أنظمة الأكسجين النقي، تتراوح مستويات الأكسجين المذاب عادةً بين 4 و10 ملغم/لتر. يجب على المشغلين مراقبة الخزان بحثًا عن بكتيريا ذات مستويات منخفضة من الأكسجين المذاب، مثل S. natans من النوع 1701 وH. hydrossis، والتي تشير إلى انخفاض مستويات الأكسجين المذاب من خلال ارتفاع عكارة المياه الخارجة وظهور حمأة منشطة داكنة اللون ذات روائح كريهة. تمتلك العديد من المحطات أجهزة مراقبة متصلة بالإنترنت تقيس وتسجل مستويات الأكسجين المذاب باستمرار في نقاط محددة داخل خزان التهوية. ترسل هذه المحللات المتصلة بالإنترنت البيانات إلى نظام SCADA، مما يسمح بالتحكم التلقائي في نظام التهوية للحفاظ على مستوى محدد مسبقًا من الأكسجين المذاب. سواءً تم توليد البيانات تلقائيًا أو أخذها يدويًا، فإن المراقبة المنتظمة ضرورية لتفضيل الكائنات الحية التي تترسب جيدًا على البكتيريا الخيطية. ومع ذلك، يتطلب تشغيل نظام التهوية إيجاد توازن بين كمية الأكسجين الكافية للمعالجة المناسبة وتكلفة الطاقة، والتي تمثل حوالي 90% من إجمالي تكلفة المعالجة. ^{[ 9 ]}

استنادًا إلى أساليب التحكم هذه، يمكن تغيير كمية المواد الصلبة المترسبة في السائل المختلط عن طريق التخلص من الحمأة المنشطة (WAS) أو إعادة تدوير الحمأة المنشطة (RAS). صُممت إعادة تدوير الحمأة المنشطة لإعادة جزء منها من حوض الترسيب الثانوي إلى حوض التهوية، وعادةً ما تتضمن مضخة لسحب هذا الجزء. يُصمم خط إعادة تدوير الحمأة المنشطة مع مراعاة احتمالية الانسداد والترسب وغيرها من المشكلات ذات الصلة التي قد تؤثر على تدفق الحمأة المنشطة إلى حوض التهوية. يجب أن يتحمل هذا الخط التدفق المطلوب للمحطة، ويجب تصميمه لتقليل مخاطر ترسب المواد الصلبة أو تراكمها.

قد يكون للأمونيوم تأثير سام على الكائنات المائية. كما تحدث عملية النترجة في المسطحات المائية، مما يؤدي إلى استنزاف الأكسجين. علاوة على ذلك، يُعد كل من النترات والأمونيوم من العناصر الغذائية المُخصبة التي قد تُلحق الضرر بالمسطحات المائية. لهذه الأسباب، تُعد عملية النترجة، وفي كثير من الحالات، إزالة النيتروجين، ضرورية.

يتطلب إزالة النيتروجين خطوتين خاصتين:

أ) النترجة: أكسدة نيتروجين الأمونيوم والنيتروجين المرتبط عضوياً إلى نترات. النترجة حساسة للغاية للمثبطات ويمكن أن تؤدي إلى قيمة pH منخفضة في المياه ذات التنظيم الضعيف. ^{[ 10 ]}

تتم عملية النترجة وفق الخطوات التالية:

1. ${\displaystyle \mathrm {\ NH_{4}^{+}+1.5\ O_{2}\longrightarrow \ NO_{2}^{-}+2H^{+}+H_{2}O+Energy} }$
2. ${\displaystyle \mathrm {\ NO_{2}^{-}+0.5\ O_{2}\longrightarrow \ NO_{3}^{-}+Energy} }$

وهذا ينتج عنه:

${\displaystyle \mathrm {\ NH_{4}^{+}+2\ O_{2}\longrightarrow \ NO_{3}^{-}+2H^{+}+H_{2}O+Energy} }$

تترافق عملية النترجة مع إنتاج الحمض (H+). وهذا يُرهق قدرة الماء على تنظيم درجة الحموضة، أو قد يحدث تغير في قيمة الرقم الهيدروجيني، مما يُعيق العملية.

ب) نزع النيتروجين: اختزال نيتروجين النترات إلى نيتروجين جزيئي، والذي يتسرب من مياه الصرف الصحي إلى الغلاف الجوي. يمكن أن تقوم بهذه العملية الكائنات الدقيقة الموجودة عادةً في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. مع ذلك، لا تستخدم هذه الكائنات النترات كمستقبل للإلكترونات إلا في حال عدم وجود أكسجين مذاب.

${\displaystyle \mathrm {\ 2\ NO_{3}^{-}+2\ H^{+}+10\ H\longrightarrow \ N_{2}+6\ H_{2}O} }$

لكي تتم عملية إزالة النترات في عملية الحمأة المنشطة، يجب أن يتوفر مصدر للإلكترونات، أي عامل مختزل، قادر على اختزال كمية كافية من النترات إلى نيتروجين (N₂ ₎ . في حال نقص الركيزة في مياه الصرف الصحي الخام، يمكن إضافتها صناعيًا. إضافةً إلى ذلك، تُصحح عملية إزالة النترات التغير في تركيز أيونات الهيدروجين (تغير قيمة الرقم الهيدروجيني) الذي يحدث أثناء عملية النترجة. وهذا أمر بالغ الأهمية خاصةً للمياه ذات القدرة المنخفضة على تنظيم الرقم الهيدروجيني.

تتعارض عمليتا النترجة ونزع النتروجين بشكل كبير فيما يتعلق بالظروف البيئية المطلوبة. تتطلب النترجة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون _، بينما لا تحدث عملية نزع النتروجين إلا في غياب الأكسجين المذاب وتوفر كمية كافية من المواد القابلة للأكسدة.

تتنوع أنواع محطات معالجة مياه الصرف الصحي الجاهزة، والتي غالبًا ما تخدم المجتمعات الصغيرة أو المصانع، وقد تستخدم عمليات معالجة هجينة تتضمن استخدام الحمأة الهوائية لمعالجة مياه الصرف الصحي الواردة. في هذه المحطات، يمكن الاستغناء عن مرحلة الترسيب الأولية. حيث يتم تكوين كتلة حيوية توفر الركيزة اللازمة. تُصمم وتُصنع هذه المحطات من قبل شركات هندسية متخصصة بأبعاد تسمح بنقلها إلى موقع العمل عبر الطرق العامة، وعادةً ما يكون عرضها وارتفاعها 3.7 × 3.7 متر (12 × 12 قدمًا) . يختلف الطول حسب السعة، حيث تُصنع المحطات الأكبر حجمًا على شكل أجزاء وتُلحم في الموقع. يُفضل استخدام الفولاذ على المواد الاصطناعية (مثل البلاستيك) لمتانته. تُعد هذه المحطات عادةً من أنواع التهوية الممتدة ، وذلك لتعزيز نهج "التركيب والتشغيل التلقائي" المطلوب للمجتمعات الصغيرة التي لا تملك طاقمًا تشغيليًا متخصصًا. توجد معايير مختلفة للمساعدة في تصميمها. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}   

لتقليل المساحة، ومعالجة النفايات الصعبة، والتعامل مع التدفقات المتقطعة، تم تطوير العديد من تصاميم محطات المعالجة الهجينة. غالبًا ما تجمع هذه المحطات مرحلتين على الأقل من مراحل المعالجة الرئيسية الثلاث في مرحلة واحدة مدمجة. في المملكة المتحدة، حيث تخدم محطات معالجة مياه الصرف الصحي عددًا كبيرًا من التجمعات السكانية الصغيرة، تُعدّ المحطات الجاهزة بديلاً عمليًا لبناء منشأة ضخمة لكل مرحلة من مراحل المعالجة. في الولايات المتحدة، تُستخدم المحطات الجاهزة عادةً في المناطق الريفية، ومحطات استراحة الطرق السريعة، ومواقف المقطورات. ^{[ 15 ]}

قد تُصنّف محطات المعالجة إلى محطات عالية الشحن ومحطات منخفضة الشحن ، وذلك بحسب طريقة معالجة الحمل البيولوجي. في الأنظمة عالية الشحن، تُقدّم المرحلة البيولوجية بحمل عضوي عالٍ، ثم يُؤكسج المزيج من المواد العضوية والندفية لبضع ساعات قبل إعادة شحنها بحمل جديد. أما في الأنظمة منخفضة الشحن، فتحتوي المرحلة البيولوجية على حمل عضوي منخفض، وتُدمج مع المواد المندفة لفترات أطول.

في بعض المناطق، حيث تتوفر مساحات أكبر من الأراضي، تُعالج مياه الصرف الصحي في خنادق دائرية أو بيضاوية كبيرة مزودة بواحدة أو أكثر من أجهزة التهوية الأفقية، والتي تُعرف عادةً باسم أجهزة التهوية الفرشاة أو القرصية، حيث تعمل هذه الأجهزة على دفع السائل المختلط داخل الخندق وتوفير التهوية اللازمة. ^{[ 11 ]} تُعرف هذه الخنادق باسم خنادق الأكسدة، وغالبًا ما يُشار إليها بالأسماء التجارية للشركات المصنعة مثل باسفير، وأوربال، وكاروسيل. وتتميز هذه الخنادق بسهولة صيانتها نسبيًا ومقاومتها للأحمال المفاجئة التي تحدث عادةً في المجتمعات الصغيرة (مثل وقت الإفطار والمساء).

تُركّب أحواض الأكسدة عادةً كتقنية "تركيب وتشغيل تلقائي"، بمعايير تصميم نموذجية تتضمن زمن احتجاز هيدروليكي يتراوح بين 24 و48 ساعة، وعمر حمأة يتراوح بين 12 و20 يومًا. ويُقارن هذا بمحطات معالجة الحمأة المنشطة النيتروجينية التي يبلغ زمن احتجازها 8 ساعات، وعمر حمأة يتراوح بين 8 و12 يومًا.

في المناطق التي تعاني من نقص الأراضي، يُمكن معالجة مياه الصرف الصحي عن طريق حقن الأكسجين في تيار الحمأة المُعادة المضغوطة، والتي تُحقن بدورها في قاعدة خزان عمودي عميق مدفون في الأرض. قد يصل عمق هذه الخزانات إلى 100 متر (330 قدمًا) وتُملأ بسائل الصرف الصحي. مع ارتفاع مياه الصرف الصحي، ينطلق الأكسجين المُذاب بفعل الضغط في قاعدة الخزان على شكل أكسجين جزيئي، مما يُوفر مصدرًا عالي الكفاءة للأكسجين للكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الحمأة المنشطة. يُوفر الأكسجين الصاعد والحمأة المُعادة المحقونة الآلية الفيزيائية لخلط مياه الصرف الصحي والحمأة. يُسكب خليط الحمأة ومياه الصرف الصحي على السطح ويُفصل إلى مكونات سائلة وحمأة. تتميز معالجة مياه الصرف الصحي في الخزانات العميقة بكفاءة عالية. 

تُشير التقديرات الشائعة إلى أن كفاءة تهوية أجهزة التهوية السطحية تتراوح بين 0.5 و _1.5  كجم من الأكسجين لكل كيلوواط ساعة (1.1 إلى 3.3 رطل من الأكسجين _لكل كيلوواط ساعة)، بينما تتراوح كفاءة التهوية المنتشرة بين 1.5 و _2.5 كجم من الأكسجين لكل كيلوواط ساعة (3.3 إلى 5.5 رطل من الأكسجين _لكل كيلوواط ساعة). أما شركة Deep Shaft فتُشير إلى كفاءة تتراوح بين 5 و ₈ كجم من الأكسجين لكل كيلوواط ساعة (11 إلى 18 رطل من الأكسجين _لكل كيلوواط ساعة).     

مع ذلك، فإن تكاليف الإنشاء مرتفعة. وقد شهدت تقنية "ديب شافت" أعلى معدلات الإقبال في اليابان، ^{[ 16 ]} نظرًا لمحدودية مساحة الأرض. طورت شركة "آي سي آي" تقنية "ديب شافت " كمنتج فرعي من عملية "بروتين" الخاصة بها . وفي المملكة المتحدة، توجد هذه التقنية في ثلاثة مواقع: تيلبري، التابعة لشركة "أنجليان ووتر"، لمعالجة مياه الصرف الصحي ذات المساهمة الصناعية الكبيرة؛ ^{[ 17 ]} وساوثبورت، التابعة لشركة "يونايتد يوتيليتيز"، نظرًا لمحدودية مساحة الأرض؛ وبيلينغهام، التابعة لشركة "آي سي آي"، لمعالجة النفايات الصناعية السائلة، وقد بنتها الشركة (بعد مناجم تيلبري) لمساعدة الوكيل على زيادة المبيعات.

تقنية DeepShaft هي عملية مرخصة ومسجلة ببراءة اختراع. وقد تغير المرخص له عدة مرات، وتتولى شركة Noram Engineering ^{[ 18 ]} بيعها حاليًا (2015).

تشترك معظم عمليات الأكسدة البيولوجية لمعالجة مياه الصرف الصناعي في استخدام الأكسجين (أو الهواء) والنشاط الميكروبي. تحقق الأحواض ذات التهوية السطحية إزالةً تتراوح بين 80 و90% من الطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD) خلال فترات احتجاز تتراوح بين يوم واحد و10 أيام. ^{[ 19 ]} قد يتراوح عمق هذه الأحواض بين 1.5 و5.0 أمتار (4.9 إلى 16.4 قدمًا) ، وتستخدم مهويات تعمل بمحركات كهربائية تطفو على سطح مياه الصرف. ^{[ 19 ]} 

في نظام الأحواض المهواة، تؤدي أجهزة التهوية وظيفتين: نقل الهواء إلى الأحواض اللازمة لتفاعلات الأكسدة البيولوجية، وتوفير الخلط اللازم لتوزيع الهواء وملامسته للمواد المتفاعلة (أي الأكسجين ومياه الصرف الصحي والميكروبات). عادةً، تُصنّف أجهزة التهوية ذات السطح العائم لتوفير كمية هواء تعادل 1.8 إلى 2.7 كيلوغرام من الأكسجين لكل كيلوواط _ساعة ( 4.0 إلى 6.0  رطل من الأكسجين _لكل كيلوواط ساعة). مع ذلك، لا توفر هذه الأجهزة خلطًا جيدًا كما هو الحال في أنظمة الحمأة المنشطة، وبالتالي لا تحقق الأحواض المهواة نفس مستوى أداء وحدات الحمأة المنشطة. ^{[ 19 ]}

تتأثر عمليات الأكسدة البيولوجية بدرجة الحرارة، ويزداد معدل التفاعلات البيولوجية مع ارتفاع درجة الحرارة بين 0 و40 درجة مئوية (32 و104 درجة فهرنهايت) . وتعمل معظم الأوعية ذات التهوية السطحية عند درجات حرارة تتراوح بين 4 و32 درجة مئوية (39 و90 درجة فهرنهايت) . ^{[ 19 ]}    

تعالج مفاعلات الدفعات المتسلسلة (SBRs) مياه الصرف الصحي على دفعات داخل نفس الوعاء. وهذا يعني أن المفاعل الحيوي وحوض الترسيب النهائي لا ينفصلان مكانيًا، بل يعملان بتسلسل زمني. يتكون النظام من خزانين على الأقل متطابقين في التجهيز، مع مدخل مشترك، ويمكن التبديل بينهما. فبينما يكون أحد الخزانين في وضع الترسيب/التفريغ، يكون الآخر في وضع التهوية والتعبئة.

يُضخ سائل الصرف الصحي إلى خزانات عميقة مزودة بأنظمة تهوية شبكية مثبتة في أرضيتها. تشبه هذه الأنظمة حجر التهوية المستخدم في أحواض أسماك الزينة ، ولكن على نطاق أوسع بكثير. يُضخ الهواء عبر هذه الأنظمة، فتُؤكسج طبقة الفقاعات المتكونة السائل وتوفر عملية الخلط اللازمة. في حال محدودية السعة أو إذا كان الصرف الصحي شديد التركيز أو يصعب معالجته، يُمكن استخدام الأكسجين بدلاً من الهواء. عادةً ما يُولّد الهواء بواسطة نوع من أنواع منفاخات الهواء.

أنابيب مثبتة عموديًا يصل قطرها إلى متر واحد (3.3 قدم) تمتد من أعلى قاعدة خزان خرساني عميق إلى أسفل سطح سائل الصرف الصحي مباشرةً. قد يصل ارتفاع العمود النموذجي إلى 10 أمتار (33 قدمًا) . عند الطرف السطحي، يتخذ الأنبوب شكل مخروط مزود بريش حلزونية مثبتة على سطحه الداخلي. عند تدوير الأنبوب، تدفع الريش السائل لأعلى وللخارج من المخاريط، ساحبةً معها سائل صرف صحي جديد من قاعدة الخزان. في العديد من المنشآت، يقع كل مخروط في خلية منفصلة يمكن عزلها عن باقي الخلايا عند الحاجة للصيانة. قد تحتوي بعض المنشآت على مخروطين في كل خلية، بينما قد تحتوي بعض المنشآت الكبيرة على 4 مخاريط في كل خلية.  

أنظمة تهوية الحمأة المنشطة بالأكسجين النقي عبارة عن خزانات مغلقة مزودة بمراوح تهوية سطحية مثبتة داخلها عند سطح التماس بين الأكسجين ومحلول الكربون. يمكن التحكم بكمية الأكسجين المذاب (DO) عن طريق صمام تحكم في مستوى الأكسجين، وصمام تغذية أكسجين يتم التحكم فيه بواسطة غاز التهوية. يُنتج الأكسجين في الموقع عن طريق التقطير المبرد للهواء، أو امتزاز تأرجح الضغط ، أو طرق أخرى. تُستخدم هذه الأنظمة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي ذات المساحة المحدودة والتي تتطلب معدل تدفق عالٍ للمياه، نظرًا لارتفاع تكاليف الطاقة اللازمة لتنقية الأكسجين.

قد يحدث انتفاخ في الحمأة، مما يجعل ترسيب الحمأة المنشطة صعباً، وغالباً ما يؤثر سلباً على جودة المياه المعالجة النهائية. يتطلب معالجة انتفاخ الحمأة وإدارة المحطة لتجنب تكراره إدارةً ماهرة، وقد يستلزم وجود طاقم عمل متفرغ في المحطة للسماح بالتدخل الفوري. ^{[ 1 ]}

يمكن أن يؤدي تصريف الملوثات الصناعية السامة إلى محطات المعالجة المصممة في الأساس لمعالجة مياه الصرف الصحي المنزلية إلى حدوث اضطرابات في العمليات. ^{[ 20 ]}

تُعدّ عملية الحمأة المنشطة مثالاً على عملية أكثر تطوراً من الناحية التقنية، وتستهلك كميات كبيرة من الطاقة، أو ما يُعرف بالعمليات "الميكانيكية"، وهي مكلفة نسبياً مقارنةً ببعض أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي الأخرى. ويمكنها توفير مستوى عالٍ جداً من المعالجة. ^{[ 21 ] : 239}

تعتمد محطات معالجة الحمأة المنشطة كلياً على التيار الكهربائي لتشغيل أجهزة التهوية التي تنقل المواد الصلبة المترسبة إلى مدخل خزان التهوية، وفي كثير من الحالات لضخ الحمأة والنفايات السائلة النهائية. في بعض المحطات، تُرفع مياه الصرف الصحي غير المعالجة بواسطة مضخات إلى محطة المعالجة الرئيسية لتوفير انحدار كافٍ يسمح بتصريف المياه السائلة النهائية بضغط مناسب. أما التقنيات البديلة، مثل معالجة الترشيح بالتنقيط ، فتتطلب طاقة أقل بكثير ويمكنها العمل بالجاذبية فقط.