什么是活性污泥?

污水活性污泥法处理工艺的基本原理

污水活性污泥处理工艺是在20世纪初的1914年在英国曼彻斯特建成试验厂创始的。活性污泥工艺在对生活污水、城市污水以及有机性工业废水，处理功能方面的优势，得到了充分地发挥，除对有机污染物的降解外，在生物脱氮、除磷理论上取得显著成果，使活性污泥处理工艺赋有良好的脱氮、除磷功能。

当前，活性污泥工艺系统在世界范围内，在污水生物处理领域中是技术发展、工艺创新最显著，应用最广泛的一种处理技术，是城市污水、有机工业废水首选处理技术。

污水活性污泥工艺系统的概念与基本工艺流程

活性污泥系统是以“活性污泥”作为主体处理手段的污水生物处理工艺技术。

现在我们通过一个小型实验来对“活性污泥”进行认识。将经过沉淀处理后的生活污水注入沉淀管（或适宜的器皿）中，然后注入空气对污水加以曝气，并使生活污水保持下列条件；水温在20℃左右、水中溶解氧值介于1～3mg，pH在6～8之间，每日保留沉淀物，更换部分污水，注入经过沉淀处理后的新鲜生活污水，这样的操作持续一段时间（10天到2周）后，在污水中即将形成一种呈黄褐色絮凝体状的群体，这种絮凝体易于沉降与水分离，污水已得到净化处理，水质澄清，这种絮凝体主要是由大量繁殖的以细菌为主体的微生物所构成，是一种生物性污泥，它就是“活性污泥”。

注意：在处理工艺系统正式投入运行之前，必须在曝气池内进行以被处理污水作为培养基的活性污泥微生物的培养与驯化工作。

城市污水活性污泥工艺处理系统

经格栅、沉砂池、沉淀池等完整的预处理各项处理工艺处理后的城市污水，从曝气池的首端进入，与此同时，从二次沉淀池底部排出，并通过污泥回流系统，回流的部分污泥也在同一首端进入曝气池。

从空圧机站送出的压缩空气，通过总干管、干管和支管等管道系统和安装在曝气池底部的空气扩散装置（曝气装置），以细小气泡的形式进入混合液中，其作用有二，其一是向混合液充氧以供混合液中好氧微生物的生理需求，其二是使曝气池内的污水、活性污泥处于剧烈混合、搅动的状态，使活性污泥微生物与污水互相混合，充分接触，从而使活性污泥反应得以正常进行。

在活性污泥反应器-曝气池内由污水、回流活性污泥和空气（溶解氧）互相混合形成的液体，称之为混合液。

混合液经过正常、充分的活性污泥反应，其结果是：污水中的有机污染物（主要是星溶解性、胶体性及微小颗粒状的有机性污染物）被活性污泥微生物所降解而去除，污水得到净化，水质清澈，活性污泥微生物得以繁衍增殖，活性污泥本体则得到增长。

经过活性污泥反应的混合液，从曝气池的另一端流出，进入二次沉淀池，在这里进行固液分离，活性污泥通过沉淀与污水分离，得到净化和澄清的污水，作为处理水排出系统。沉淀的活性污泥经过浓缩从二次沉淀池池底排出，其中一部分作为接种污泥，通过污泥回流系统回流曝气池首端，其余部分的活性污泥作为剩余污泥排出系统。

剩余污泥和在曝气池内增长的活性污泥，应在数量上基本保持平衡。使在反应器曝气池内从事反应活动的活性污泥量基本上保持在一个较为恒定的数值。

活性污泥的形态与组成

活性污泥是活性污泥反应系统中的主体作用物质。在活性污泥上栖息着巨额数量的具有强大生命力的微生物群体--活性污泥微生物。活性污泥反应就是在活性污泥微生物群体新陈代谢生理功能的作用下，使活性污泥具有将其所处的周围环境介质（混合液）中的有机污染物转化为无毒、无害的稳定的无机物质的活力，故此称之为“活性污泥”。

正常的对城市污水进行生物处理的活性污泥反应系统的活性污泥，在外观上呈黄褐色的絮凝状颗粒-一称之为“生物絮凝体”。颗粒尺寸取决于多项因素，如：微生物的组成、数量，污染物质的特征以及活性污泥反应器内的某些环境因素，如：水动力条件及水温等。一般介于0.02～0.2mm之间。从整体考虑，活性污泥具有较大的表面积，1mL活性污泥的表面积大体上介于20～100c㎡之间。活性污泥含水率很高，一般都在99％以上。其比重则因含水率不同而异，介于1.002～1.006之间。

活性污泥中固体物质所占比例为1％以下，而这1％的固体物质，还是由有机成分与无机成分两部分所组成，其组成比例则因污水性质不同而异。如对城市污水进行处理的活性污泥，其中有机成分占75％～85％，无机成分则占15％～25％。

活性污泥中固体物质的有机成分，主要是由栖息在活性污泥上的微生物群体所组成，此外，在活性污泥上还夹杂着由入流污水挟入的有机固体物质，其中也包含着某些惰性的难为细菌摄取、利用的所谓“难降解有机物质“。微生物经过内源代谢，自身氧化后所形成的如细胞膜、细胞壁等菌体残留物，也属于“难降解有机物质”的范畴内。

活性污泥的无机组成部分，全部都是由原污水所挟入的，至于在微生物体内存在的无机盐类，则因数量极少，一般都予以忽略不计。

活性污泥是由下列4部分物质所组成：

①具有代谢功能活性的微生物群体（M）；

②微生物（主要是细菌）内源代谢、自身氧化的菌体残留物（M）；

③由原污水挟入夹杂于活性污泥上的难为细菌降解的惰性有机物质（M；）；

④由原污水挟入夹杂于活性污泥上的无机物质（M）。

活性污泥微生物

参与活性污泥工艺反应活动的微生物及其在活性污泥反应过程中的作用活性污泥反应就是由栖息在活性污泥上的微生物进行的生物反应。

活性污泥微生物是由细菌类、真菌类、原生动物、后生动物等异种群体所组成的混合培养体。

细菌是活性污泥微生物中的主体，是进行活性污泥反应的主力军。

活性污泥微生物中的细菌是以异养型的原核细菌为主。

经多数专家检测，能够在活性污泥上栖息的细菌较多，但是能够在活性污泥上形成优势的种属则和污水的类型有关，例如，在对城市污水进行反应的活性污泥上检出细菌在数量上列于前4位的细菌种属是：假单胞菌属（Pseudomonas），分枝杆菌属（Mycobacterium），杆菌属（Bacterim），芽孢杆菌属(Bacillum)。

在处理城市污水的活性污泥上还较多地栖息着假杆菌属（Pseudobacterium）和微球菌属（Micrococcu）。

假单胞菌属也是处理生活污水活性污泥上占优势的组成细菌。此外，在处理石油工业废水、橡胶工业废水以及页岩加工废水的活性污泥上也大量地栖息着假单胞菌属细菌，这一事实说明，假单胞菌属对有机底物的降解功能有一定的广谱性。

此外，参与活性污泥反应的细菌种属还有：产碱杆菌属（Alcaliganes）、动胶杆菌属

活性污泥工艺系统的影响因素

对活性污泥反应的影响因素，实际上就是对活性污泥微生物生理活动的影响因素。和一切生物相同，活性污泥微生物也是只有在对其适宜的环境条件下生活与运作，它的生理活动才能得到正常的进行。活性污泥反应系统就是人为地为活性污泥微生物创造适宜、良好的生活环境条件，使微生物以对有机物降解为主体的生理功能得到充分地发挥。

能够影响微生物生理活动的环境因素中主要的是：营养物质、温度、溶解氧以及有毒有害物质等。

1.营养物质平衡

参与活性污泥反应活动的微生物，在其生命（理）活动的过程中，需要不断地从其所处周围环境的混合液中吸取其所必需的营养物质，这里有：碳源、氮源、无机盐类及某些生长素等。混合液中必须充分地含有这些物质，这些物质应当是主要由进入活性污泥工艺系统的原污水挟入。

碳（C）是构成微生物菌体细胞的重要物质，参与活性污泥反应活动的微生物对碳源的需求量较大，一般如以进入污水的BOD；值计，不宜低于100mg／L。一般来说，生活污水和城市污水中含有的碳比较充足，是能够满足微生物的需求，至于工业废水，则应另行考虑。对含碳量低的工业废水，在采用活性污泥工艺进行处理时，需补充投加碳源，如生活污水、淘米水以及淀粉等。

氮（N）是组成微生物菌体细胞内蛋白质和核酸的重要元素。氮源可能来自N2、NH3、NO3等无机含氮化合物，也可能来自蛋白质、胨、氨基酸等有机含氮化合物，其需要量可按BOD5：N＝100：5考虑。生活污水中氮源是足够的，勿需另行投加，但工业废水则应进一步了解其所含氮源是否满足活性污泥微生物的需求，在需要时则应另行投加，如尿素、硫酸铵等。

无机盐类。微生物对无机盐类的需求量很少，但却是必需的。对微生物，无机盐类的需求可分为主要和微量两类，主要需求的无机盐类中首推者为磷，其次则有钠、钾、镁、钙、铁、硫等，这些元素是菌体细胞结构的组成成分，参与能量的转移，以及控制原生质的胶态等行为。需求的微量无机盐类则有铜、锌、钴、锰、钼等，这些元素是酶辅基的组成部分，或是酶的活化剂，需求量虽然极少，但是必需的。

磷（P）是微生物需求量最多的无机元素，在菌体细胞的组成中，磷占全部需要无机盐元素量的50％。磷源不足将影响酶的活性，从而使微生物的生命活动受到不良影响。磷是合成核蛋白、卵磷脂及其他含磷化合物的必要元素，磷在微生物代谢反应和物质转化过程中起着重要的作用。辅酶I、辅酶I以及三磷酸腺甙（ADP及ATP）等都含有磷。

微生物主要从无机磷化合物中获取磷，进入菌体细胞后，迅速地转化为含磷化合物。生活污水中含磷量较高，但有较多类型的工业废水中缺乏磷，需要时应考虑另行投加磷酸钾、磷酸钙、过磷酸钙以及磷酸等。

钠（Na）在微生物菌体细胞中调节细胞与混合液之间的渗透压所必需的，具有调节微生物代谢功能的作用。

钾（K）是多种酶的激化剂，具有促进蛋白质和糖的合成作用，此外，钾还能够控制细胞质的胶态和细胞膜的渗透性。

镁（Mg）在细胞质合成反应和糖的分解反应过程中，起着活化作用，参与菌绿素的作用。

钙（Ca）具有降低细胞质的渗透性，调节酸度及中和其他阳离子所造成危害程度的

铁（Fe）是菌体细胞色素氧化酶和过氧化氢酶结构的一部分，在氧的活化过程中，铁起着重要的催化作用。

硫（S）是菌体细胞合成蛋白质不可缺少的元素，辅酶A也含有硫。

活性污泥微生物是从混合液中吸取上述各种无机元素的，而混合液中的这些元素是由入注污水挟入的。这几种微量元素对微生物的生命活动有刺激作用，但对其的需求量极低，在一般情况下，对生活污水、城市污水以及绝大部分的有机性工业废水进行活性污泥工艺处理时都勿需投加。

2.混合液的溶解氧浓度

参与活性污泥反应系统活动的微生物是以好氧呼吸的好氧菌为主体的微生物种群。对此，在活性污泥反应器-曝气池内必须保持有足够的溶解氧。

多数活性污泥反应系统的实际运行经验数据表明，若使曝气池内的活性污泥微生物保持正常的生理活动，在曝气池内的溶解氧浓度应保持不低于2mg／L的程度（推流式曝气池以出口处为准）。在推流式曝气池的进口区，有机污染物相对集中，浓度高，耗氧速率高，溶解氧不易保持2mg／L，可以有所降低，但不宜低于1mg／L。

3.混合液的pH

微生物的生理活动与周围环境的酸碱度（氢离子浓度）密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。微生物进行的生理活动，对其周围环境要求有着最佳的pH。

4.混合液的水温

在影响微生物生理活动的诸多因素中，温度的作用非常重要。温度适宜能够促进、强化微生物的生理活动，温度不适宜，则能够使微生物的生理活动降低、减弱，甚至遭到破坏，严重不适宜的温度，还能导致微生物形态和生理特性改变，甚至可能使微生物死亡。

5.有毒有害物质

本文章中我们提到的“有毒有害物质”，是指对微生物生理活动能够产生抑制作用的某些无机物质和有机物质，其中主要有下列各种物质。

（1）重金属离子，如：错（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、铁（Fe）、铜（Cu），锌（Zn）等对微生物都能够产生毒害作用。它们能够和菌体细胞的蛋白质相结合，并使其变性或沉淀。汞（Hg）、银（Ag）、砷（As）的离子对微生物有较强的亲和力，能够与微生物酶蛋白的-SH基相结合，而抑制微生物正常的代谢活动。

（2）酚类化合物对菌体细胞膜有伤害作用，并能使菌体蛋白凝固。此外，酚类化合物能够对微生物菌体的某些酶系统，如脱氢酶和氧化酶，产生抑制作用，破坏菌体细胞正常的代谢活动。酚的某些衍生物如对位、偏位、邻位甲酚，丙基酚，丁基酚等都有较强的杀灭菌体的功能。

（3）甲醛能够与蛋白的氨基相结合，并使蛋白变性，破坏菌体细胞的细胞质。

活性污泥工艺系统的控制指标与设计、运行参数

活性污泥工艺系统应达到的控制要求

活性污泥工艺系统，即活性污泥反应系统，是通过采取一系列人工强化、控制的技术措施，使活性污泥微生物所具有的，以有机物氧化、分解代谢为主体的生理功能得到充分地发挥，达到使污水净化目的的生物工程技术。

为了使活性污泥工艺系统能够进行正常的运行，人工强化，控制技术的全面、认真的实施是至关重要的条件。

首先，通过人工控制，对前节所阐述的各项影响因素，应当是得到切实考虑和认真实施。再经人工强化，使活性污泥反应系统能够全面地达到下列各项目标。

（1）被处理的原污水的水质、水量得到控制，使其能够切实地适应活性污泥反应系统的各项要求；

（2）在活性污泥反应系统中具有活性的活性污泥微生物，在数量上应保持一定，并相对稳定；

（3）在活性污泥反应器-曝气池各区段的混合液中，应保持着达到活性污泥微生物满足要求的溶解氧浓度；

（4）在活性污泥反应器-曝气池内，混合液中的活性污泥微生物、有机污染物、溶解氧三者能够得到充分接触的效果，以强化传质过程。

对各项目标都制定有特定的控制指标，以求保证各项目标能够切实达到。这些指标也是对活性污泥的评价指标，在工程上，这些指标就是活性污泥反应系统的设计与运行参数。

污水活性污泥处理工艺的工艺系统

污水活性污泥处理工艺已经有一百余年的历史，通过污水处理的生产实践，在技术上得到了长足的发展和进步。在20世纪30～50年代，年轻的活性污泥工艺在城市污水处理方面得到了效果显著的广泛应用，随着实践应用的不断增多，目前在技术上也取得了大幅度的进展。现已开发出阶段曝气、完全混合曝气等一系列有效的工艺系统和技术。

从20世纪50～60年代开始到现在是包括我国在内的全世界性全方位的水环境污染防治时期，也是活性污泥工艺系统科学研究成果显著和应用的新时期。其中对活性污泥微生物进行了深入地研究，在生物脱氮、除磷方面取得了显著成果，建立了生物脱氮、除磷工艺的理论基础，开发出同步脱氮除磷的工艺系统。在对丝状菌膨胀的起因和对它的有效控制措施以及对在活性污泥工艺系统中细菌和原生动物的协同活动与作用等方面都有了深刻的认识。

一系列的成果促进了活性污泥工艺系统在技术上的大发展，开发出一系列能够适应多项处理要求的工艺系统，扩大了活性污泥工艺系统的应用范围，显著地提高了活性污泥工艺系统的实用性和科学性。

活性污泥工艺系统是污水活性污泥处理工艺技术的核心。

污水活性污泥处理技术的工艺系统有3部分：

第1部分是在20世纪活性污泥工艺于30～40年代在城市污水处理热潮中涌现出来的效果优异的工艺系统，如阶段曝气、延时曝气等工艺系统以及富氧曝气器等，这一类的工艺系统是活性污泥处理工艺系统的基础，统称之为活性污泥传统工艺系统；

第2部分是以活性污泥工艺为基础开发的序批式活性污泥工艺系统，这是一种具有独特的运行方式，拥有系列优点并开发出多项衍生工艺，在全世界和在我国应用广泛的工艺系统；

第3部分也是以活性污泥工艺为基础开发的应用效果显著或有一定的理论意义和相应发展前景的几种工艺系统，如：氧化沟工艺系统、A-B工艺系统和带有膜分离的活性污泥工艺系统等。

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