活性污泥法是利用懸浮生長(zhǎng)的微生物絮體處理污水的一類處理方法。

為什么叫活性污泥？

活性污泥基本概念是1912年英國(guó)的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）發(fā)現(xiàn)提出的。

他們對(duì)污水長(zhǎng)時(shí)間曝氣會(huì)產(chǎn)生污泥，同時(shí)水質(zhì)會(huì)得到明顯的改善。繼而阿爾敦（Arden）和洛開(kāi)脫（Lockgtt）對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了研究。曝氣試驗(yàn)是在瓶中進(jìn)行的，每天試驗(yàn)結(jié)束時(shí)把瓶子倒空，第二天重新開(kāi)始，他們偶然發(fā)現(xiàn)，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附著污泥時(shí)，處理效果反而好。

由于認(rèn)識(shí)了瓶壁留下污泥的重要性，他們把它稱為活性污泥。

隨后，他們?cè)诿刻旖Y(jié)束試驗(yàn)前，把曝氣后的污水靜止沉淀，只倒上層凈化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，這樣大大縮短了污水處理的時(shí)間。

1916年，應(yīng)用這個(gè)試驗(yàn)的工藝建成的第一個(gè)活性污泥法污水處理廠。

在顯微鏡下觀察這些褐色的絮狀污泥，可以見(jiàn)到大量的細(xì)菌，還有真菌，原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，它們組成了一個(gè)特有的生態(tài)系統(tǒng)。

正是這些微生物（主要是細(xì)菌）以污水中的有機(jī)物為食料，進(jìn)行代謝和繁殖，才降低了污水中有機(jī)物的含量。

活性污泥法的基本原理

活性污泥是由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體與污水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的、具有很強(qiáng)的吸附分解有機(jī)物能力和良好沉降性能的絮絨狀污泥顆粒，因具有生物化學(xué)活性，所以被稱為活性污泥。

活性污泥的性狀：

從外觀上看，活性污泥是像礬花一樣的絮絨顆粒，又稱生物絮凝體，絮凝體直徑一般為0.02~0.2 mm,在靜置時(shí)可立即凝聚成較大的絨粒而下沉。活性污泥的顏色因污水水質(zhì)不同而異，一般為黃色或茶褐色，供氧不足或出現(xiàn)厭氧狀態(tài)時(shí)呈黑色，供氧過(guò)多營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)星灰白色，略顯酸性，稍具土壤的氣味并夾帶一些霉臭味。活性污泥含水率很高，一般都在99%以上，其比重因含水率不同而異，曝氣池混合液相對(duì)密度為1.002~1.003，而回流污泥相對(duì)密度為1.004~1.006.活性污泥表面積一般為20~ 100 cm2/mL。

活性污泥的組成：

活性污泥中的固體物質(zhì)不到1%，由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩部分組成，其組成比例則因原污水性質(zhì)不同而異。有機(jī)組成部分主要為棲息在活性污泥中的微生物群體，還包括入流污水中的某些惰性的難被細(xì)菌攝取利用的所謂“難降解有機(jī)物”、微生物自身氧化的殘留物。

活性污泥微生物群體是一個(gè)以好氧細(xì)菌為主的混合群體，其他微生物包括酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等，正?；钚晕勰嗟募?xì)菌含量一般為107~108 個(gè)/mL，原生動(dòng)物為100個(gè)/mL左右。

在活性污泥微生物中，原生動(dòng)物以細(xì)菌為食，而后生動(dòng)物以原生動(dòng)物、細(xì)菌為食，它們之間形成一條食物鏈，組成了一個(gè)生態(tài)平衡的生物群體?；钚晕勰嗉?xì)菌常以菌膠團(tuán)的形式存在，呈游離狀態(tài)的較少，這使細(xì)菌具有抵御外界不利因素的性能。

游離細(xì)菌不易沉淀，但可被原生動(dòng)物捕食，從而使沉淀池的出水更清澈?；钚晕勰嗟臒o(wú)機(jī)組成部分則全部是由原污水帶入，至于微生物體內(nèi)存在的無(wú)機(jī)鹽類，由于數(shù)量極少，可忽略不計(jì)。

總之，活性污泥由下列四部分物質(zhì)所組成:

①具有代謝功能活性的微生物群體(M);

②微生物(主要是細(xì)菌)自身氧化殘留物(M);

③由原污水挾入的難生物降解有機(jī)物(M;);

④由原污水挾入的無(wú)機(jī)物質(zhì)(M;)。其中活性微生物群體是活性污泥的主要組成部分。

活性污泥法基本流程

活性污泥法是以污水中的有機(jī)污染物為培養(yǎng)基，在有溶解氧條件下，連續(xù)地培養(yǎng)活性污泥，利用其吸附凝聚和氧化分解功能凈化污水中有機(jī)污染物的一類生物處理方法。以曝氣池和二沉池為主體組成的整體稱作活性污泥系統(tǒng)，完整的活性污泥系統(tǒng)還包括實(shí)現(xiàn)回流、曝氣、污泥處置功能所需的輔助設(shè)施。圖1是活性污泥處理系統(tǒng)的基本流程，該流程也稱為傳統(tǒng)(普通)活性污泥法流程。

由圖1可知，經(jīng)過(guò)適當(dāng)預(yù)處理的污水與回流污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液， 在曝氣池中，回流污泥微生物、污水中的有機(jī)物以及經(jīng)曝氣設(shè)備注入曝氣池的氧氣三者充分混合、接觸，微生物以污水中可生物降解的有機(jī)物進(jìn)行新陳代謝，同時(shí)溶解氧被消耗，污水的BOD5得以降低，隨后混合液流入二沉池進(jìn)行固、液分離，流出二沉池的就是凈化水。二沉池底部經(jīng)沉淀濃縮后的污泥大部分再經(jīng)回流污泥系統(tǒng)回到曝氣池，其余的則以剩余污泥的形式排出，進(jìn)入另設(shè)的污泥處理系統(tǒng)進(jìn)一步處置，以消除二次污染。

曝氣池作為生化反應(yīng)器，通過(guò)回流活性污泥及排出剩余污泥，保持著一定量的微生物，去接納允許進(jìn)入反應(yīng)器的有機(jī)污染物量；二沉池作為活性污泥法系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，進(jìn)行活性污泥和水的分離， 通過(guò)回流方式與曝氣池緊密相連，提供曝氣池所需的活性污泥微生物，形成一個(gè)有機(jī)整體共同運(yùn)行。

活性污泥凈化反應(yīng)過(guò)程

活性污泥凈化反應(yīng)過(guò)程比較復(fù)雜，既有活性污泥本身對(duì)有機(jī)污染物的吸附、絮凝等物理、化學(xué)或物理化學(xué)過(guò)程，也有活性污泥內(nèi)微生物對(duì)有機(jī)污染物的生物轉(zhuǎn)化、吸收等生物或生物化學(xué)過(guò)程，大致可以分為以下兩個(gè)階段。

(一)初期吸附去除階段

在污水與活性污泥接觸、混合后的較短時(shí)間(5~10 min)內(nèi)，污水中的有機(jī)污染物，尤其是呈懸浮態(tài)和膠體態(tài)的有機(jī)物，表現(xiàn)出高的去除率，這種初期高速去除現(xiàn)象是物理吸附和生物吸附綜合作用的結(jié)果。在此過(guò)程中，混合液中有機(jī)底物迅速減少，BOD迅速降低，見(jiàn)圖2中吸附區(qū)曲線。這是由于活性污泥的表面積大，并且在表面上富集著大量的微生物，外部覆蓋著多糖類的黏質(zhì)層，當(dāng)污水中懸浮態(tài)、膠體態(tài)的有機(jī)底物與活性污泥絮體接觸時(shí)，便被迅速凝聚和吸附去除。這種現(xiàn)象就是“ 初期吸附去除”作用。

初期吸附過(guò)程進(jìn)行得很快，一般在30 min內(nèi)便能完成，污水BOD的吸附去除率可達(dá)70%，對(duì)于含懸浮態(tài)和膠體態(tài)有機(jī)物較多的污水，BOD可下降80%~90%。初期吸附速度主要取決于微生物的活性和反應(yīng)器內(nèi)水力擴(kuò)散程度與水力動(dòng)力學(xué)規(guī)律，前者決定活性污泥微生物的吸附、凝聚效能，后者則決定活性污泥絮體與有機(jī)底物的接觸程度?；钚晕勰辔⑸锏母呶交钚匀Q于較大的比表面積和適宜的微生物增殖期，一般而言，處于“饑餓”狀態(tài)的內(nèi)源呼吸期微生物，其吸附活性最強(qiáng)。

(二)代謝穩(wěn)定階段

被吸附在活性污泥微生物細(xì)胞表面的有機(jī)污染物，在透膜酶的作用下，溶解態(tài)和小分子有機(jī)物直接透過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，而膠體態(tài)和懸浮態(tài)的大分子有機(jī)物如淀粉、蛋白質(zhì)等則先在細(xì)胞外酶一水解酶的作用 下，被水解為溶解態(tài)小分子后再進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，此時(shí)水解產(chǎn)生的部分溶解性簡(jiǎn)單有機(jī)物會(huì)擴(kuò)散到混合液中，造成混合液BOD值升高，如圖2中胞外水解區(qū)曲線所示。

進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)的有機(jī)污染物，在各種胞內(nèi)酶(如脫氫酶、氧化酶等)的催化作用下，被氧化分解為中間產(chǎn)物，有些中間產(chǎn)物合成為新的細(xì)胞物質(zhì)，另一些則氧化為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)產(chǎn)物，如CO2和H2O等，并釋放能量供合成細(xì)胞所需，這個(gè)過(guò)程即物質(zhì)的氧化分解過(guò)程，也稱穩(wěn)定過(guò)程。在此過(guò)程中，不穩(wěn)定的高分子有機(jī)物質(zhì)通過(guò)生化反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單穩(wěn)定的低分子無(wú)機(jī)物質(zhì)，混合液BOD逐漸降低， 如圖2中胞內(nèi)生物氧化區(qū)曲線所示。穩(wěn)定過(guò)程所需時(shí)間取決于有機(jī)物的轉(zhuǎn)化程度，要比吸附過(guò)程長(zhǎng)得多。

活性污泥法工藝類型

活性污泥法已有近百年的歷史，其工藝經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)、革新和繁衍，在傳統(tǒng)活性污泥工藝的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了漸減曝氣、階段曝氣、吸附—再生、完全混合、延時(shí)曝氣、高負(fù)荷、純氧曝氣、深井曝氣、淺層曝氣、氧化溝、SBR、 AB等眾多的活性污泥法工藝， 以及活性污泥與生物膜相結(jié)合的多孔懸浮載體活性污泥工藝、活性污泥法與膜分離法相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器工藝等。下面主要介紹傳統(tǒng)推流、完全混合、吸附—再生、氧化溝、SBR、AB、多孔懸浮載體活性污泥工藝和膜生物反應(yīng)器工藝等幾種活性污泥法工藝。

1、傳統(tǒng)活性污泥法工藝

傳統(tǒng)活性污泥法又稱為普通活性污泥法，是活性污泥法最早的運(yùn)行方式，曝氣池呈長(zhǎng)方廊道形，一般用3~5個(gè)廊道，在池底均勻鋪設(shè)空氣擴(kuò)散器，其工藝流程如圖1所示，污水和回流污泥在曝氣池首端進(jìn)入，在池內(nèi)呈推流形式流動(dòng)至池的尾端，在此過(guò)程中，污水中的有機(jī)物被活性污泥微生物吸附，并在曝氣過(guò)程中被逐步轉(zhuǎn)化，從而得以降解。

傳統(tǒng)活性污泥法具有凈化效率高(BOD5去除率可達(dá)90%以上)、出水水質(zhì)好、污泥沉降性好、不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)，但存在以下缺點(diǎn):

(1)曝氣池首端有機(jī)負(fù)荷高，為了避免池首出現(xiàn)因缺氧造成的厭氧狀態(tài)，進(jìn)水BOD負(fù)荷不宜過(guò)高，因此曝氣池容積大、占地多、基建費(fèi)用高。

(2)抗沖擊負(fù)荷能力差，處理效果易受水質(zhì)、水量變化的影響。

(3)供氧與需氧不平衡，此為傳統(tǒng)法的主要缺點(diǎn)。如圖3所示，曝氣池中需氧速率沿池長(zhǎng)由大到小變化，而供氧速率不變，若按池尾需氧要求均勻曝氣，則會(huì)產(chǎn)生池首缺氧問(wèn)題：若按池首需氧要求均勻曝氣，必然產(chǎn)生池后段供氣浪費(fèi)問(wèn)題。為了使供氧與需氧盡可能相匹配，可采取沿池長(zhǎng)漸減曝氣和階段曝氣，由此產(chǎn)生了漸減曝氣活性污泥法工藝和階段曝氣活性污泥法工藝。漸減曝氣法通過(guò)改變傳統(tǒng)法曝氣池底擴(kuò)散器的鋪設(shè)方式，使供氧速率如需氧速率一樣沿池長(zhǎng)逐步遞減變化，如圖4 所示；階段曝氣法工藝流程如圖5所示，將傳統(tǒng)法的單點(diǎn)進(jìn)水改為多點(diǎn)進(jìn)水，而曝氣方式不變，使原來(lái)由曝氣池首端承擔(dān)的較高有機(jī)負(fù)荷沿池長(zhǎng)均勻承擔(dān)，從而縮小了供氧速率與需氧速率的差距，如圖6所示。

圖3 圖4

2、完全混合活性污泥法工藝

在階段曝氣法基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加進(jìn)水點(diǎn)數(shù)的同時(shí)增加回流污泥的入流點(diǎn)數(shù)，即形成如圖7所示的完全混合活性污泥法工藝，污水與回流污泥進(jìn)入曝氣池即與池內(nèi)混合液充分混合，傳統(tǒng)法曝氣池中混合液不均勻的狀況被改變，池內(nèi)需氧均勻，因此，完全混合活性污泥法動(dòng)力消耗低、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，但有機(jī)物降解動(dòng)力低，因而出水水質(zhì)一般低于傳統(tǒng)法，且活性污泥易產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。

3、吸附—再生活性污泥法工藝

吸附—再生活性污泥法又稱為接觸穩(wěn)定法或生物吸附活性污泥法，其主要特點(diǎn)是將活性污泥對(duì)有機(jī)物降解的兩個(gè)過(guò)程——吸附與代謝穩(wěn)定分別放在各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，圖8為吸附-再生活性污泥法的工藝流程，其中圖8 (a)為分建式， 即吸附池與再生池分開(kāi)設(shè)置，圖8(b)為合建式，吸附池與再生池合建。污水與經(jīng)過(guò)再生的活性污泥一起進(jìn)入吸附池，約70%的BOD5可通過(guò)吸附作用得以去除，混合液從吸附池進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，回流的活性污泥先進(jìn)入再生池再生，恢復(fù)活性后再回到吸附池進(jìn)行下一輪吸附，剩余污泥則不經(jīng)曝氣直接排出系統(tǒng)。

吸附-再生法主要利用活性污泥的“初期吸附”作用去除有機(jī)物，此過(guò)程非常快，所需時(shí)間短，因此吸附池容積小；活性污泥易吸附懸浮態(tài)和膠體態(tài)有機(jī)物，故污水不需經(jīng)初沉池預(yù)處理;再生池只對(duì)部分污泥(回流部分)曝氣再生，因此曝氣費(fèi)用少，且再生池容積小，對(duì)于相同的處理規(guī)模，吸附池和再生池總?cè)莘e比傳統(tǒng)法曝氣池容積小得多;但由于受活性污泥吸附能力和吸附特性的限制，吸附再生法的處理效果低于傳統(tǒng)法，而且不宜處理溶解性有機(jī)污染物含量高的污水。

4、吸附生物降解工藝

吸附—生物降解工藝簡(jiǎn)稱AB法或AB工藝，其工藝流程如圖9所示，整個(gè)系統(tǒng)由預(yù)處理段、A段、B段三個(gè)部分組成，預(yù)處理段只設(shè)格柵、沉砂池等簡(jiǎn)易處理設(shè)施，不設(shè)初沉池; A段和B段是兩個(gè)串聯(lián)的活性污泥系統(tǒng)，A段為吸附段，由吸附池和中間沉淀池組成，主要用于污染物的吸附去除，其污泥負(fù)荷達(dá)2.0~6.0 kg (BOD5) /[kg(MLSS)·d], 為傳統(tǒng)法的10~20倍，泥齡短(0.3~0.5d)，水力停留時(shí)間短(約30min)。

A段的活性污泥全部是繁殖快、世代時(shí)間短的細(xì)菌，通過(guò)控制溶解氧含量，可使其以好氧或缺氧方式生活; B段為生物氧化段，由曝氣池和二沉池組成，與傳統(tǒng)法相似，主要用于氧化降解有機(jī)物，在低負(fù)荷下運(yùn)行，污泥負(fù)荷為0.15~0.3kg (BOD5)/[kg(MLSS)·d],水力停留時(shí)間較長(zhǎng)(2~6h)，泥齡較長(zhǎng)(15~20d); A段與B段各自擁有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開(kāi)，每段能夠培育出適于本段水質(zhì)特征的微生物種群。