二级处理又称为生物处理系统，主要是为了去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD，COD物质)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准，悬浮物去除率达95%出水效果好。
生物池：
生物池更多被称为生物处理系统，以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，其工艺构成多种多样，可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2/O法、SBR法、氧化沟法、稳定塘法、土地处理法等多种处理方法。日前大多数城市污水处理厂都采用活性污泥法。
二沉池：
二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。
二沉池也会涉及到污泥界面仪，超声波污泥界面计是专为污水处理工艺中污泥界面的连续在线监测而设计。仪器利用可靠的超声波回波检测原理，实现了污泥厚度的实时检测，为相关工艺的过程控制提供可靠数据，从而优化了排泥、加药等工艺控制流程。
进入二沉池活性污泥性质有以下两种特点：
1)活性污泥混合液浓度高(2000-4000mg/L)，具有絮凝性，属于成层沉淀。沉淀是泥水之间有清晰的界面，絮凝体结合整体共同下沉。
2)活性污泥质轻，易被水带走，容易产生二次流和异重流的现象，使实际的过水断面远远小于设计的过水断面。
污泥处理:
污泥处理是对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理的过程。污水处理程度越高，就会产生越多的污泥残余物需要加以处理。除非是利用土地处理或污水塘处理污水，否则一般的污水处理厂必须设有污泥处理设施。对现代化的污水处理厂而言，污泥的处理与处置已成为污水处理系统运行中复杂、且花费---高的一部分。
其中处理后的污泥，一部分会回流回生物处理系统进行再次处理，而另一部分则会进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，后经过脱水和干燥设处理后进行利用。
曝气池：
曝气池利用活性污泥法进行污水处理，池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。 曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆形等。
曝气方法可分为两种，主要有鼓风曝气和机械曝气。鼓风曝气是通过空压机等将空气打入曝气池内，而机械一般是利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动池内废水，使空气中的氧溶入水中。污水处理中的涡街流量计一般是用来计量通入曝气池的氧气的量，而氧气基本上是由空压机或鼓风机打入曝气池的
曝气池也是生物处理系统的一部分，由于曝气池在整个污水处理系统中非常重要，目前所用的方法也在不断的研发出来，总体来说，曝气池在朝着高效率、小体积、节省能源的方向发展。在曝气池的出水口一般会安装荧光法溶氧仪来监测水中的含氧量以判断曝气是否达到效果。曝气池中的溶氧量是非常重要的指标，由于污水中的介质成分复杂，使用膜法溶氧仪非常难以测量。而荧光法溶氧仪只对氧分子产生反应，不会受硫化物干扰，不会极化，膜头的寿命达一年以上，大大降低了维护成本。
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