活性污泥法是利用懸浮生長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年英國的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）發(fā)現(xiàn)提出的。

他們對污水長時間曝氣會產(chǎn)生污泥，同時水質(zhì)會得到明顯的改善。繼而阿爾敦（Arden）和洛開脫（Lockgtt）對這一現(xiàn)象進行了研究。曝氣試驗是在瓶中進行的，每天試驗結(jié)束時把瓶子倒空，第二天重新開始，他們偶然發(fā)現(xiàn)，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附著污泥時，處理效果反而好。

由于認識了瓶壁留下污泥的重要性，他們把它稱為活性污泥。

隨后，他們在每天結(jié)束試驗前，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間。

1916年，應(yīng)用這個試驗的工藝建成的第一個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，可以見到大量的細菌，還有真菌，原生動物和后生動物，它們組成了一個特有的生態(tài)系統(tǒng)。

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

活性污泥法的基本原理

活性污泥是由細菌、真菌、原生動物、后生動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、具有很強的吸附分解有機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,在靜置時可立即凝聚成較大的絨粒而下沉?；钚晕勰嗟念伾蛭鬯|(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)時呈黑色，供氧過多營養(yǎng)不足時星灰白色，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，曝氣池混合液相對密度為1.002~1.003，而回流污泥相對密度為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%，由有機物和無機物兩部分組成，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菌攝取利用的所謂“難降解有機物”、微生物自身氧化的殘留物。

活性污泥微生物群體是一個以好氧細菌為主的混合群體，其他微生物包括酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動物、后生動物等，正?；钚晕勰嗟募毦恳话銥?07~108 個/mL，原生動物為100個/mL左右。

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

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

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(主要是細菌)自身氧化殘留物(M);

③由原污水挾入的難生物降解有機物(M;);

④由原污水挾入的無機物質(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)過適當(dāng)預(yù)處理的污水與回流污泥一起進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物進行新陳代謝，同時溶解氧被消耗，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，進入另設(shè)的污泥處理系統(tǒng)進一步處置，以消除二次污染。

曝氣池作為生化反應(yīng)器，通過回流活性污泥及排出剩余污泥，保持著一定量的微生物，去接納允許進入反應(yīng)器的有機污染物量；二沉池作為活性污泥法系統(tǒng)的一個重要組成部分，進行活性污泥和水的分離， 通過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，形成一個有機整體共同運行。

活性污泥凈化反應(yīng)過程

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

(一)初期吸附去除階段

在污水與活性污泥接觸、混合后的較短時間(5~10 min)內(nèi)，污水中的有機污染物，尤其是呈懸浮態(tài)和膠體態(tài)的有機物，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。在此過程中，混合液中有機底物迅速減少，BOD迅速降低，見圖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)的有機底物與活性污泥絮體接觸時，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。

初期吸附過程進行得很快，一般在30 min內(nèi)便能完成，污水BOD的吸附去除率可達70%，對于含懸浮態(tài)和膠體態(tài)有機物較多的污水，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)水力擴散程度與水力動力學(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。

(二)代謝穩(wěn)定階段

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

進入細胞體內(nèi)的有機污染物，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)物合成為新的細胞物質(zhì)，另一些則氧化為穩(wěn)定的無機產(chǎn)物，如CO2和H2O等，并釋放能量供合成細胞所需，這個過程即物質(zhì)的氧化分解過程，也稱穩(wěn)定過程。在此過程中，不穩(wěn)定的高分子有機物質(zhì)通過生化反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為簡單穩(wěn)定的低分子無機物質(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)定過程所需時間取決于有機物的轉(zhuǎn)化程度，要比吸附過程長得多。

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、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、延時曝氣、高負荷、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行方式，曝氣池呈長方廊道形，一般用3~5個廊道，在池底均勻鋪設(shè)空氣擴散器，其工藝流程如圖1所示，污水和回流污泥在曝氣池首端進入，在池內(nèi)呈推流形式流動至池的尾端，在此過程中，污水中的有機物被活性污泥微生物吸附，并在曝氣過程中被逐步轉(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，但存在以下缺點:

(1)曝氣池首端有機負荷高，為了避免池首出現(xiàn)因缺氧造成的厭氧狀態(tài)，進水BOD負荷不宜過高，因此曝氣池容積大、占地多、基建費用高。

(2)抗沖擊負荷能力差，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。如圖3所示，曝氣池中需氧速率沿池長由大到小變化，而供氧速率不變，若按池尾需氧要求均勻曝氣，則會產(chǎn)生池首缺氧問題：若按池首需氧要求均勻曝氣，必然產(chǎn)生池后段供氣浪費問題。為了使供氧與需氧盡可能相匹配，可采取沿池長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。漸減曝氣法通過改變傳統(tǒng)法曝氣池底擴散器的鋪設(shè)方式，使供氧速率如需氧速率一樣沿池長逐步遞減變化，如圖4 所示；階段曝氣法工藝流程如圖5所示，將傳統(tǒng)法的單點進水改為多點進水，而曝氣方式不變，使原來由曝氣池首端承擔(dān)的較高有機負荷沿池長均勻承擔(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，進一步增加進水點數(shù)的同時增加回流污泥的入流點數(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力消耗低、耐沖擊負荷能力強，但有機物降解動力低，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，其主要特點是將活性污泥對有機物降解的兩個過程——吸附與代謝穩(wěn)定分別放在各自的反應(yīng)器內(nèi)進行，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)過再生的活性污泥一起進入吸附池，約70%的BOD5可通過吸附作用得以去除，混合液從吸附池進入二沉池進行泥水分離，回流的活性污泥先進入再生池再生，恢復(fù)活性后再回到吸附池進行下一輪吸附，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”作用去除有機物，此過程非?？?，所需時間短，因此吸附池容積??；活性污泥易吸附懸浮態(tài)和膠體態(tài)有機物，故污水不需經(jīng)初沉池預(yù)處理;再生池只對部分污泥(回流部分)曝氣再生，因此曝氣費用少，且再生池容積小，對于相同的處理規(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—生物降解工藝簡稱AB法或AB工藝，其工藝流程如圖9所示，整個系統(tǒng)由預(yù)處理段、A段、B段三個部分組成，預(yù)處理段只設(shè)格柵、沉砂池等簡易處理設(shè)施，不設(shè)初沉池; A段和B段是兩個串聯(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，其污泥負荷達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)，水力停留時間短(約30min)。

A段的活性污泥全部是繁殖快、世代時間短的細菌，通過控制溶解氧含量，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物，在低負荷下運行，污泥負荷為0.15~0.3kg (BOD5)/[kg(MLSS)·d],水力停留時間較長(2~6h)，泥齡較長(15~20d); A段與B段各自擁有獨立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開，每段能夠培育出適于本段水質(zhì)特征的微生物種群。