污泥好氧消化的基本原理是使微生物處于內(nèi)源呼吸階段，以自身生物體作為代謝底物來獲得能量和進(jìn)行再合成，實(shí)際上是活性污泥法的繼續(xù)。好氧氧化分解過程是一個(gè)放熱反應(yīng)，因此在工藝運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生并釋放出熱量。由于代謝過程存在物質(zhì)和能量的散失，細(xì)胞物質(zhì)被分解的量遠(yuǎn)大于合成的量，通過強(qiáng)化這一過程達(dá)到污泥減量化的目的。在理論上，盡管厭氧消化反應(yīng)已經(jīng)終止，僅有75%～80%的細(xì)胞組織發(fā)生氧化，剩余的20%～25%的細(xì)胞組織包括不可生物降解有機(jī)物和惰性物質(zhì)。經(jīng)過消化反應(yīng)以后，剩余產(chǎn)物的能量水平極低，因此在生物學(xué)上相對(duì)穩(wěn)定，適用于污泥各種最終處置途徑。

污泥的好氧消化過程包括如下2個(gè)步驟：a.可生物降解有機(jī)物氧化合成為細(xì)胞物質(zhì)；b.細(xì)胞物質(zhì)的進(jìn)一步氧化。其過程可用式（1）和式（2）表示為：

隨著有機(jī)物氧化的繼續(xù)，底物供應(yīng)受到限制，微生物進(jìn)入衰亡期，好氧速率也隨之下降。當(dāng)供應(yīng)的底物耗盡時(shí)，將迫使微生物依靠內(nèi)部貯存的能源，于是微生物進(jìn)入內(nèi)源代謝和內(nèi)源呼吸階段。如式（1）所示，液相有機(jī)物通過氧化生成細(xì)胞物質(zhì)。如式（2）所示，是一個(gè)典型的內(nèi)源呼吸過程，細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)一步消化氧化成穩(wěn)定化生物固體，是好氧消化系統(tǒng)的主要反應(yīng)。

好氧消化過程需要將反應(yīng)維持在內(nèi)源呼吸階段，因此此工藝適用于剩余污泥的穩(wěn)定。由于初沉池污泥中含有少量的細(xì)胞物質(zhì)，因此混合污泥的處理將會(huì)包括反應(yīng)（1）的轉(zhuǎn)化過程，初沉池污泥中的顆粒物質(zhì)和有機(jī)物是活性污泥中微生物的食物來源，導(dǎo)致曝氣池中具有較高的底物與微生物量，因此需要較長的停留時(shí)間以進(jìn)行細(xì)胞代謝和生長反應(yīng)，之后再進(jìn)入內(nèi)源呼吸階段。

若以C5H7NO2代表微生物細(xì)胞物質(zhì)，好氧消化過程的化學(xué)計(jì)量學(xué)可由式（3）和式（4）表示：

如式（3）所示，這種情形存在于高溫好氧消化過程，硝化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為抑制硝化的工藝形式，氮以氨態(tài)存在。如式（4）所示為硝化反應(yīng)的消化工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中氮以硝態(tài)氮的形式存在。

理論上講，由于硝化反應(yīng)而消耗的堿度可由反硝化補(bǔ)充約50%，若pH值下降明顯，可以投加石灰或者通過間歇反硝化的方式來控制。

如式（4）所示，在好氧消化過程中，硝化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生H ，若污泥的緩沖能力相對(duì)不足，pH值則會(huì)降低。根據(jù)式（3）和式（4），在理論上，在非硝化系統(tǒng)中，每1kg的微生物活細(xì)胞需要消耗1.5kg的氧氣，而在硝化系統(tǒng)中，每1kg的微生物活細(xì)胞需要2kg的氧氣，在實(shí)際運(yùn)行中的需氧量還受如初沉池污泥的加入、操作溫度、SRT等其他因素的影響。

對(duì)二沉污泥來說，其好氧消化過程中底質(zhì)與微生物之比相當(dāng)?shù)停⒑苌侔l(fā)生細(xì)胞合成。主要的反應(yīng)是氧化作用和使細(xì)胞組分破壞的細(xì)胞溶解和自身氧化呼吸。微生物的細(xì)胞壁由多糖類物質(zhì)組成，具有相當(dāng)大的耐分解能力，使好氧消化法排出物中仍有揮發(fā)性懸浮固體存在，而這一殘留揮發(fā)部分是很穩(wěn)定的，對(duì)此后的污泥處理或土壤處置，不會(huì)產(chǎn)生影響。

一般情況下，常溫消化系統(tǒng)（溫度在20～30℃）在以空氣作為氧源的條件下運(yùn)行，其中決定消化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的因素包括VSS設(shè)計(jì)去除率、操作溫度、進(jìn)泥的質(zhì)和量、氧傳質(zhì)和混合要求、運(yùn)行方式、池體積、停留時(shí)間等，甚至要對(duì)病原菌滅活以及蚊蠅孳生進(jìn)行考慮。

污泥好氧消化過程，微生物處于內(nèi)源呼吸階段，反應(yīng)速率與生物量遵循一級(jí)反應(yīng)模式。目前，最常用的模型是Adams等建議采用的模型。該模型假定如式（5）所示：

式中，X0為進(jìn)水中VSS濃度，kg/m3；X為在時(shí)間t時(shí)的VSS的濃度，kg/m3；kd為反應(yīng)常數(shù)。

由于好氧消化池采用連續(xù)攪拌，污泥池內(nèi)完全混合，因此池內(nèi)揮發(fā)性固體的去除量（穩(wěn)態(tài)）是在單位時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入池內(nèi)的揮發(fā)性固體減去出池的揮發(fā)性固體的差值。即：