簡介
活性污泥是一種好氧生物處理方法．活性污泥基本概念是由1912年英國人Clark and Cage發現對廢水進行長時間曝氣會産生污泥并使水質明顯改善，其後Arden and Lackett進一步研究，發現由于實驗容器洗不幹淨，瓶壁留下殘渣反而使處理效果提高，從而發現活性微生物菌膠團，定名為活性污泥而來。
活性污泥中複雜的微生物與廢水中的有機營養物形成了複雜的食物鍊。
最先擔當淨化任務的是異氧菌和腐生性真菌，細菌特别是球狀細菌起着最關鍵的作用，優良運轉的活性污泥，是以絲狀菌為骨架由球狀菌組成的菌膠團。沉降性好，随着活性污泥的正常運行，細菌大量繁殖，開始生長原生動物，是細菌一次捕食者。活性污泥常見的原生動物有鞭毛蟲、肉毛蟲、纖毛蟲和吸管蟲。活性污泥成熟時固着型的纖毛蟲、種蟲占優勢；後生動物是細菌的二次捕食者，如輪蟲、線蟲等隻能在溶解氧充足時才出現，所以當出現後生動物時說明處理水質好轉标志。
活性污泥的性能指标包括：混合液懸浮固體（MLSS），污泥沉降比（SV），污泥指數、污泥體積指數（SVI），污泥密度指數（SDI）。
有毒物質
主要毒物有重金屬離子（如鋅，銅，鎳，鉛，鉻等）和一些非金屬化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。
廢水的厭氧處理主要用于高濃度有機廢水的前處理，厭氧活性污泥的性質和組成如下：由兼性厭氧菌和專性厭氧菌與廢水中的有機雜質形成的污泥顆粒。呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；顆粒厭氧活性污泥的直徑在0．5mm以上。
微生物的組成主要有六種：
由外到内水解細菌、發酵細菌、氫細菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸鹽還原菌、厭氧原生動物其中産甲烷絲菌是厭氧活性污泥的中心骨架。
概述
活性污泥
1912年英國的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）發現，對污水長時間曝氣會産生污泥，同時水質會得到明顯的改善。繼而阿爾敦（Arden）和洛開脫（Lockgtt）對這一現象進行了研究。曝氣試驗是在瓶中進行的，每天試驗結束時把瓶子倒空，第二天重新開始，他們偶然發現，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥時，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。随後，他們在每天結束試驗前，把曝氣後的污水靜止沉澱，隻倒去上層淨化清水，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。
這個試驗的工藝化便是于1916年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，原生動物和後生動物，它們組成了一個特有的生态系統。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。活性污泥可分為好氧活性污泥和厭氧顆粒活性污泥。
機理
活性污泥
中複雜的微生物與廢水中的有機營養物形成了複雜的食物鍊。最先擔當淨化任務的是異氧菌和腐生性真菌，細菌特别是球狀細菌起者最關
鍵的作用，優良運轉的活性污泥，是以絲狀菌為骨架由球狀菌組成的菌膠團。沉降性好，随着活性污泥的正常運行，細菌大量繁殖，開始生長原生動物，是細菌一次捕食者。活性污泥常見的原生動物有鞭毛蟲、肉毛蟲、纖毛蟲和吸管蟲。活性污泥成熟時固着型的纖毛蟲、種蟲占優勢；後生動物是細菌的二次捕食者，如輪蟲、線蟲等隻能在溶解氧充足時才出現，所以當出現後生動物時說明處理水質好轉标志。其性能指标包括：混合液懸浮固體（MLSS），污泥沉降比（SV），污泥指數[污泥體積指數（SVI），污泥密度指數（SDI）]。
影響因素
能夠影響微生物生理活動的因素比較多，其中主要有：營養物質、溫度、溶解氧以及有毒物質等。
1.營養物質平衡
參與活性污泥處理的微生物，在其生命活動過程中，需要不斷從周圍環境的污水中吸取其所必須的營養物質，包括：碳源、氮源、無機鹽類以及某些生長素等。待處理的污水中必須充分含有這些物質。
碳是構成微生物細胞的重要物質，參與活性污泥處理的微生物對碳源需求量較大，一般以BOD5計，不應低于100mg/L。生活污水碳源比較充足，對于一些碳源不足的工業廢水則應補充碳源，如生活污水或是澱粉等。
氮是組成微生物細胞内蛋白質和核酸的重要元素，氮源可來自N2、NH3、NO3等無機氮化合物，也可以來自蛋白質、胨（音dong）以及氨基酸等有機含氮化合物。生活污水中氮源充足，不需要另行投加；工業廢水則應考慮含氮是否充足，必要時可投加尿素、硫酸铵等。
磷是合成核蛋白、卵磷脂以及其他磷化合物的重要元素，在微生物的代謝和物質轉化中起重要作用。輔酶I、輔酶II、磷酸腺苷等都含有磷。微生物主要從無機磷化合物中獲取磷。磷源不足将影響酶的活性，從而使微生物的生理功能受到影響。
一般三大營養物質（碳源、氮源、磷源）比例關系為BOD：N：P=100：5：1
硫是合成細胞蛋白質不可缺少的元素，輔酶A也含有硫。
鈉在微生物細胞中調節細胞和污水之間滲透壓所必需的。
鉀是多種酶的激化劑，具有促進蛋白質和糖的合成作用，還能控制細胞質的膠态和細胞質膜的滲透性。
鈣具有降低細胞質的透性，調節酸堿度以及中和其他陽離子所造成的危害。
鎂在細胞質合成及糖的分解中起着活化作用，參與菌綠素的合成。
鐵是細胞色素氧化酶和過氧化氫結構的一部分，在氧的活化過程中，起着重要的催化作用。
2.溶解氧
參與污水活性污泥處理的是以好氧菌為主體的微生物種群。根據運行經驗數據，曝氣池中溶解氧濃度以不低于2mg/L為宜（以出口處為準）。局部區域有機污染物濃度高、耗氧速率高，溶解氧濃度不易保持2mg/L，可以有所降低，但不宜低于1mg/L。
3.pH值
微生物的生理活動與環境的酸堿度密切相關，隻有在适宜的酸堿度條件下，微生物才能進行正常的生理活動。參與污水生物處理的微生物，一般最佳的pH值範圍，介于6.5～8.5之間。
4.水溫
溫度作用非常重要。參與活性污泥處理的微生物，多屬嗜溫菌，其适宜溫度在10～45攝氏度，為安全計，一般将活性污泥處理的溫度控制在15～35攝氏度，低于5攝氏度微生物生長緩慢。
5.有毒物質
“有毒物質”是指對微生物生理活動具有抑制作用的某些無機質及有機質，主要有重金屬離子（如鋅，銅，鎳，鉛，鉻等）和一些非金屬化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。有毒物質對微生物毒害作用，有一個量的概念，隻有在有毒物質在環境中達到某一濃度時，毒害和抑制作用才顯現出來。污水中的各種有毒物質隻要低于這一濃度，微生物的生理功能不受影響。有毒物質的作用還與pH值、水溫、溶解氧、有無其他有毒物質及微生物的數量以及是否經過馴化等因素有關。
處理
曝氣池是由微生物組成的活性污泥與污水中有機污染物物質充分混合接觸，并進而降解吸收并分解的場所，它是活性污泥工藝的核心。曝氣系統的作用是向曝氣池供給微生物增長及分解有機物所必須的氧氣，并起混合攪拌作用，使活性污泥與有機物充分接觸。在曝氣池内，懸浮的大量肉眼可觀察到的絮狀污泥顆粒這就叫做活性污泥絮體。随着有機污染物被分解，曝氣池每天都淨增一部分活性污泥，這部分叫做剩餘活性污泥。用污泥泵直接排出系統之外---污泥池。
培養
污泥培養初期，每天悶曝22h，靜置2h，排放4L廢水，再加入4L自配水。7天後，污泥顔色呈黑色，沉降性能良好，出水混濁，測量MLSS、SV的值，反應過程中pH值、COD、NH3-N濃度沒有較大的變化，說明培養出的細菌量較少。14天後，污泥呈淺黑色，沉澱時泥水界面由開始模糊逐漸變得邊緣清晰，鏡檢時可以觀察到草履蟲、漫遊蟲、裂口蟲、吸管蟲等。随着生物相逐漸變好，預示菌種培養出來了。
測量MLSS、SV的值，COD和NH3-N去除率分别達到43%和10%，污泥活性還不強，需要繼續培養。此後，每天運行兩周期，每周期曝氣10h，靜置2h。30天後，污泥的絮凝和沉澱性能良好，混合液靜置半小時，上清夜清澈透明，泥水界面清晰，污泥呈黃褐色，鏡檢有大量新型菌膠團，較為密實，可以觀察到許多活躍的鐘蟲。測量污泥MLSS、SV的值，COD去除率達到90%以上，NH3-N去除率在30%以上，污泥活性較強,至此認為培養階段結束。
馴化
培養出來的活性污泥含有大量異養菌，而硝化菌是自養菌，污泥中含量非常少，需要進一步進行馴化，使之占優。與硝化菌相比，反硝化菌對環境的适應能力強，生長和繁殖快，所以在一般情況下反硝化菌受到廢水物質的抑制程度要比硝化菌小。在活性污泥的馴化過程中，每隔兩天提高一次進水COD和NH3-N濃度。
污泥馴化初期，COD去除率為85.59％，而NH3-N去除率僅為23.21％。這是因為異養菌占優勢，生長速率快，硝化菌世代時間長，生長速率慢，含量較少，與異養菌競争處于不利地位，硝化反應速率低。4天後，NH3-N去除率明顯升高，達到了46.70%，這說明系統中的硝化菌逐漸占優勢，但NH3-N處理效果還不很理想，還需要繼續馴化。使得NH3-N的去除率在90％以上，系統取得了良好的脫氮效果，達到馴化目的。
工藝控制
活性污泥系統在實際運行中，污水的水質及水量在不斷的變化，環境條件也在不斷的變化，這就需要按照活性污泥中的微生物的代謝規律進行調節控制，使系統處在最佳運行狀态，發揮最大的效益，進一步提高出水水質。
性狀異常及其分析
1．曝氣池有臭味曝氣池供氧不足，DO值（溶解氧）偏低出水氨氮有時較高加大曝氣。
2.污泥發黑曝氣池DO過低，有機物厭氧分解H2S與F作用生成FS加大曝氣量。
3.細小污泥漂浮污泥缺乏營養進水氨氮過高，C/N不合适水溫超過40°投加營養按BOD5：NP=100：5：1測定進水氨氮，稀釋進。
4．上清液渾濁出水水質差F/M（污泥有機負荷）過高有機物氧化不徹底污泥濃度不夠減少進水量培養成熟的活性污泥（引進新活性污泥投入曝氣池）。
5.曝氣池表面出現浮渣進水洗滌劑含量過高或絲狀菌過量生長清除浮渣增加系統剩餘污泥的排放。
6.污泥未成熟，絮粒瘦小，出水渾濁，水質差污水中營養不平衡或不足PH值不适投加營養按BOD5：NP=100：5：1調整PH值，培養成熟的活性污泥（入曝氣池）。
7.表面積累一層解絮污泥污泥解絮，出水水質惡化或PH值異常停止進水，排泥後投加營養引進新活性污泥。
8.曝氣池泡沫過多，呈白色進水中洗滌劑過多加消泡劑（機油或煤油）。
9.曝氣池泡沫不易破碎，發粘進水負荷過高，有機物分解不徹底降低負荷。
10.曝氣池泡沫呈茶色或灰色污泥老化，泥齡過長，解絮污泥附于泡沫上增加排泥量。
11.污泥層（泥面）升高SVI值高，污泥沉降性差泥齡太長投入混凝劑（PAC）增加排泥量。
12.污泥色澤轉淡曝氣池供氧過大，污泥負荷太低，進水營養不足，污泥自身氧化分解減少曝氣量加大進水量投加營養（N，P）按BOD5：N：P=100：5：1
基本流程
活性污泥法是由曝氣池、沉澱池、污泥回流和剩餘污泥排除系統所組成。污水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液。曝氣池是一個生物反應器，通過曝氣設備充人空氣，空氣中的氧溶人污水使活性污泥混合液産生好氧代謝反應。曝氣設備不僅傳遞氧氣進入混合液，且使混合液得到足夠的攪拌而呈懸浮狀态。這樣，污水中的有機物、氧氣同微生物能充分接觸和反應。随後混合液流人沉澱池，混合液中的懸浮固體在沉澱池中沉下來和水分離。流出沉澱池的就是淨化水。沉澱池中的污泥大部分回流，稱為回流污泥。
回流污泥的目的是使曝氣池内保持一定的懸浮固體濃度，也就是保持一定的微生物濃度。曝氣池中的生化反應引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常從沉澱池中排除，以維持活性污泥系統的穩定運行。這部分污泥叫剩餘污泥。剩餘污泥中含有大量的微生物，排放環境前應進行處理，防止污染環境。要使活性污泥法形成一個實用的處理方法，污泥除了有氧化和分解有機物的能力外，還要有良好的凝聚和沉澱性能，以使活性污泥能從混合液中分離出來，得到澄清的出水。活性污泥中的細菌是一個混合群體，常以菌膠團的形式存在，遊離狀态的較少。
菌膠團是由細菌分泌的多糖類物質将細菌包覆成的粘性團塊，使細菌具有抵禦外界不利因素的性能。菌膠團是活性污泥絮凝體的主要組成部分。遊離狀态的細菌不易沉澱，而混合液中的原生動物可以捕食這些遊離細菌，這樣沉澱池的出水就會更清徹，因而原生動物有利于出水水質的提高。
監測項目
（1）反映污泥性質的項目污泥沉降比--以SV＜30%為好；污泥體積指數--SVI＝50～150，SVI=100最好，SVI達到200以上則污泥可能膨脹，MLSS＝1500～2000mg/L。
（2）反映污泥營養的項目屬于污泥營養的測定項目有：BOD5；出水氨氮(至少1mg／L)；出水磷(至少1mg／L)；二沉池出水DO不低于0.5mg／L。
（3）溶解氧DO溶解氧(不低于l～2mg／L)；二沉池出水DO不低于0.5mg／L。
（4）反映污泥環境條件水溫、pH值、BOD5、CoDcr、有毒物質、CN-、S2-、SS、NO3-、NO2-等。
