عملية الحمأة المُنشطة Activated Sludge تُشير إلى وحدة مُعالجة تتكون من مُفاعل مُتعدد الغُرَف، والذي يَستخدم الكائنات الحيَّة الدقيقة المُركزة بشدة من أجل تحلل المواد العضوية، ولإزالة المُغذيات من مياه الصرف؛ وذلك من أجل إنتاج تدفقات سائلة خارجة عالية الجودة، وللحفاظ على الظروف الهوائية، ولإبقاء الحمأة النشطة مُعلّقة، فمن المطلوب وجود الإمدادات المُستمرة والمنتظمة من الأكسجين في الأوقات المناسبة.هـي خليط مـن المواد الصلبة والسـائلة التي تحتوي في الغالب على فضلات الجسـم والمياه، بالإضافة إلى الرمـل والحصى، والمعادن، والقمامة، والمركبات الكيميائيــة المختلفة. ويمكــن تمييز حمأة مياه المجــاري (Faecal sludge) عن حمــأة محطــة الصرف الصحــي (Wastewater sludge) بـأن حمأة ميــاه المجاري تأتي مــن تقنيــات الصرف الصحــي في الموقــع، أي أنها لم تُنقَل عبر شــبكات الصرف الصحــي، ويمكن أن تكــون على حالتها الأصلية أو تم هضمها جزئيًا، أو شــبه ســائلة ، أو شــبه صلبة، وهــي تنتج عن عمليات الجمع والتخزين/المعالجة لفضلات الجســم أو المياه الســوداء، التي قد تشــمل علي المياه الرمادية. اما حمــأة محطــة الصــرف الصحي (ويشار إليها أيضًا بحمأة المجاري) هــي الحمأة التــي تنتج عن تجميــع مياه الصــرف من شــبكات الصــرف الصحـي وعمليات المُعالجــة (شــبه) المركزية، ويتـحدد نوع المعالجـة المطلوبة للحمـأة وإمكانيـات الاســتخدام النهائـي لهــا بناءً على تحليلها والتعرف على مكوناتها الأساســية.المُخلفات المنقولة عبر قنوات المجاري (شبكة الصرف الصحي).

يُمكن استخدام العديد من التجهيزات المختلفة لضمان خضوع مياه الصرف للمزج والتهوية، ويُمكن تحقيق التهوية والمزج بضخ الهواء أو الأكسجين إلى الخزَّان، أو باستخدام أجهزة التهوية السطحية. تعمل الكائنات الحية الدقيقة على أكسدة الكربون العضوي الموجود في مياه الصرف  مما يؤدي الى نمو خلايا جديدة للكائنات الدقيقة ، وزيادة ثاني أكسيد الكربون والماء، وعلى الرغم من أن البكتريا الهوائية هي الكائنات الحية الأكثر وجودًا داخل المُفاعل، فمن الممكن أن توجد البكتريا الاختيارية Facultative Bacterial، بالإضافة إلى بعض الكائنات الحية  الاكبر، ويعتمد التكوين الفعلي لمحتوى المُفاعل على التصميم ، والبيئة، وخصائص مياه الصرف. يحتاج الأمر إلى عدة أسابيع حتى تنمو الكائنات الحية الدقيقة اللازمة لإجراء عملية بيولوجية مستقرة.

الندف (تكتلات من جزيئات الحمأة النشطة) التي تتكون في حَوْض التهوية، تجري إزالتها في المُرَوِّق الثانوي، وذلك عن طريق الترسيب الطبيعي المُعتمد على الجاذبية الأرضية. يُزال جزء من الحمأة الزائدة، ويُعاد تدوير جزء من هذه الحمأة من أجل تحقيق العملية البيولوجية. اما في المُفاعِلات الحيوية المغموره ذات الأغشية (IMBR)، يدمج مُفاعل الحمأة المُنشّطة مع وحدة الترشيح الفائق باستخدام الاغشية  (ultrafiltration. تنفصل المياه المُعالَجة عن الحمأة بالترشيح عبر الغشاء. ومن الممكن تركيب النظام باستخدام نماذج سابقة التجميع، أو من الممكن إنشاؤه في الموقع. والمُفاعِل الحيوي المغمور ذو الأغشية هو تقنية فعًالة صغيرة الحجم لمعالجة مياه الصرف البلدية والصناعية. وأكبر عيب يعيق تطبيقه على نطاق أكبر هو  كمية المٌلوثات المترسبة على الغشاء، والتي تقلل من أداء الغشاء بدرجةٍ كبيرة، كما تقلل كثيرًا من عمره الافتراضي، وتتسبب في زيادة تكاليف التشغيل والصيانة.

اعتبارات التصميم

تحتاج عمليات الحمأة المُنشطة -عادةً- إلى المُعالجة الابتدائية التي تعمل علي ازالة المواد الصلبة القابلة للترسيب، وفي بعض الأحيان تتبعها خطوة لاحقة للترسيب النهائي (المُعالجة اللاحقة). والعمليات الحيوية فعَّالة في إزالة المواد الذائبة، والمواد المعلقة ،  والجسيمات، يُمكِن تصميم المُفاعل من أجل النترجة الحيوية، وإزالة (عكس) النترجة الحيوية، وكذلك من أجل إزالة الفوسفور. ويجب أن يستَنِد التصميم على التقدير الدقيق لمُكوّنات مياه الصرف وحجمها، ومن الممكن أن تتدهور كفاءة عملية المُعالجة بشدة إذا كانت أبعاد المحطة أصغر أو أكبر من الأبعاد المطلوبة. وعلى حسب درجة الحرارة، فإن زمن بقاء المواد الصلبة (Solids Retention Time) في المُفاعل يتراوح ما بين 3 إلى 5 أيام لإزالة الاحتياج الحيوي للأكسجين (BOD)، ويتراوح ما بين 3 إلى 18 يومًا لعملية النترجة. تحتاج الحمأة الناتجة إلى المُعالجة؛ لتقليل محتواها من الماء والمواد العضوية، للحصول في النهاية على مُنتج مُثبَّت يناسب إعادة الاستخدام أو التخلص النهائي. لتحقيق الهدف المطلوب والحصول على جودة التدفقات السائلة الخارجة المطلوبة من حيث محتواها من الاحتياج الحيوي للأكسجين (BOD)، والنتروجين، والفسفور، يمكن إجراء بعض التعديلات المختلفة والتي تشمل المُفاعلات ذات الدُفعات المُتتابعة Sequencing Batch Reactors (SBR)، وقنوات الأكسدة Oxidation Ditches، والتهوية المُمتدة (، والأحواض المُتحرّكة Moving Beds، ومُفاعلات الأغشية الحيوية Membrane Bioreactors.

المواد والمستلزمات

عادةً ما يُصنَع مُفاعل الحمأة المُنشّطة من البلاستيك أو الخرسانة، وتتكون أجهزة التهوية من الفولاذ المقاوم للصدأ أو البلاستيك، وغشاء  عازل من المطاط . وبالنسبة لعملية  الترشيح الغشائي التالية فمن الممكن استخدام إما أغشية من السيراميك، أو البوليمر أو الأغشية المضغوطة من مادتين او اكثر ، وللمادة المُستخدمة أثرها على احتمالية تكوّن الأوساخ المترسبة في المُفاعِلات الحيوية المغمورة ذات الأغشية. وهناك نماذج مختلفة سابقة التجهيز متوفرة.

القابلية للتطبيق

من الممكن أن تكون المعالجة بالحمأة المُنشَّطة حلًا مناسبًا في مراحل الاستقرار وإعادة التأهيل من حالات الطوارئ الإنسانية، وبخاصةٍ في سياق المناطق الحضرية الأكثر كثافة في السكان، أو المخيمات الكبيرة، حيث تكون النُظُم المُستخدِمة للمياه هي النُظُم المُفضَّلة. وهي معالجة مركزية تحتاج إلى طاقم عمل مُدرَّب جيدًا، ومصدر ثابت للكهرباء، ونظام إدارة مُحكم متطور جدًا لمُعالجة الكميات الكبيرة من التدفقات، وذلك بسبب الجدوى الاقتصادية للكميات الكبيرة، ومحدودية التغيرات في خصائص تدفقاتها السائلة الداخلة. عملية الحمأة المنشطة تكون مُناسبة تقريبًا في أي مناخ، ومع ذلك فإن قُدرة المُعالجة تقل في البيئات الأكثر برودة. وإذا جرى تشغيل النظام على نحو جيد، فإن نوعية المياه المُعالجة وجودتها من الممكن أن تكون مناسبة لإعادة الاستخدام.

التشغيل والصيانة

تتطلب طاقمًا فنيًا مُدربًا لمباشرة أعمال الصيانة وحل المشكلات وإصلاح الأعطال، يجب الاستمرار في مباشرة أعمال الصيانة للمُعِدَّات الميكانيكية (الخلاطات، وأجهزة التهوية، والمضخات)، وكذلك يجب متابعة التدفقات السائلة الداخلة والخارجة باستمرار، وضبط مُعاملات التَحَكُّم الخاصة بها إذا لزم الأمر؛ وذلك لتفادي بعض الحالات غير الطبيعية، التي قد تؤدي مثلًا إلى قتل الكتلة الحيوية النشطة، أو زيادة الكائنات الحية الدقيقة الضارة التي تُسبب مشاكل في المُعالجة (على سبيل المثال: ظهور البكتريا الخيطية. يجب ألّا يتاح الدخول للمرفق إلّا لطاقم العمل المُدرَّب.

الصحة والسلامة

بسبب متطلبات المساحة  وانتشار الروائح، فعادةً تقع مرافق الحمأة المُنشّطة على أطراف المناطق ذات الكثافة السكانية العالية. وعلى الرغم من أن جودة التدفقات السائلة الخارجة المُنتجة تكون عالية، فإنها لا تزال تشكل خطرًا على الصحة العامة، وينبغي ألّا  يتم تداولها والتعامل معها مباشرة. في الحمأة الناتجة  يكون هناك انخفاض كبير لمسببات الأمراض، ولكن لا يتم القضاء عليها نهائيًّا. من الممكن تحسين أداء المُفاعِلات الحيوي المغمور ذي الأغشية وجودة معالجته، وذلك يعتمد على نوع الغشاء المستخدم. ولا بُد أن يزوّد العمال المشاركين بمعدات الحماية الشخصية الملائمة.

التكاليف

ترتفع تكاليف رأس المال لمرافق الحمأة المُنشّطة، وقد تتغير التكاليف بناءً على توفر مواد البناء والكهرباء وتكاليفهم. ترتفع تكاليف التشغيل لهذه التقنية نظرًا لمتطلباتها من العمالة المدرّبة، ومهام المتابعة المستمرة، وحاجتها لمصدر ثابت للطاقة، ولا بُد من أن تُوضع هذه التكاليف ضمن الحسابات الإجمالية للتكلفة.

الاعتبارات الاجتماعية

ينبغي تنفيذ تركيبات مُفاعل الحمأة المُنشّطة في المناطق التي تتوفر بها المعرفة والخبرة المتعلقة بهذه التقنية، وحيث تتوفر العمالة المُدرّبة. وعلى حسب السياق الثقافي والتشريعات المُنظِّمة القائمة قد توجد بعض العوائق بشأن إعادة استخدام المياه المُعالَجة.