详解活性污泥
一、活性污泥
好氧微生物生长繁殖并凝聚在一起形成菌胶团。在菌胶团上共生着其它微生物（原生动物等），并吸附和交织着无生命的固体杂质而形成活性污泥。好氧活性污泥为褐色，稍有土腥味，具有良好的絮凝吸附性能。在活性污泥的微观生态系统中，细菌占主导地位。细菌等微生物的新陈代谢作用，以及菌胶团的吸附絮凝作用使污水中的污染物（有机物等）得以去除。
二、活性污泥法基本流程
活性污泥法是由曝气池、二次沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统所组成，见x下图。
图3-3 活性污泥法的基本流程
污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。曝气设备不仅传递氧气进入混合液，且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态。这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。随后混合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉淀下来和水分离。沉淀池出水就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。
从上述流程可以看出，要使活性污泥法形成一个实用的处理方法，污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。活性污泥中的细菌是一个混合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。菌胶团是活性污泥絮凝体的主要组成部分。游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清澈，因而原生动物有利于出水水质的提高。
三、活性污泥降解污水中有机物的过程
活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段，吸附阶段和稳定阶段。
1、吸附阶段
活性污泥具有巨大的表面积，表面上含有多糖类黏性物质，使活性污泥具有很好的吸附性能。污水与活性污泥混合后，污水中固体有机物等污染物首先被吸附转移到活性污泥表面，称为吸附阶段。
吸附阶段进行得很快，一般在15~45min左右。吸附量的大小取决于污染物的状态。如果污染物以固体或胶体态存在，吸附量就大；如果以溶解态存在，吸附量就小。被吸附的污染物有的可生物降解，有的是不可生物降解的有机物和无机物。
2、稳定阶段
吸附转移到活性污泥表面的污染物被微生物分解转化为CO2和H2O等简单化合物及自身细胞，这一过程叫做稳定阶段。
由于溶解态有机物能被微生物直接利用，所以溶解态有机物的降解无需吸附阶段，而直接由稳定阶段完成。稳定阶段需要的时间较长，尤其是固体和胶态物质的稳定需要更长的时间。如果有足够的时间，在吸附阶段吸附的可降解有机物就会在稳定阶段分解转化掉。
四、活性污泥法的性能指标
性能良好的活性污泥应具有良好的吸附氧化性能和絮凝沉淀性能。吸附氧化性能良好的污泥比较松散，表面积较大，活性和絮凝性能较好，但不一定具有良好的沉淀性能。例如处于膨胀状态的污泥结构松散，絮凝性能较好，但难以沉淀，随水流失，出水水质变差。沉淀性能好的污泥絮凝性能一般较好，也比较密实，但不一定有较强的活性。如处于老化状态的污泥，絮凝沉淀性能较好，但活性较差。为获得良好的净化效果，应使活性污泥具有很强的活性又有很好的沉淀性能。评价活性污泥性能的指标主要有污泥浓度、污泥沉降比、污泥指数和泥龄等。
1、混合液悬浮固体（MLSS）
混合液悬浮固体也称污泥浓度，是指单位体积混合液含有的悬浮固体量（MLSS）或挥发性悬浮固体量（MLVSS），单位为mg/L根据长期的运行经验，采用鼓风曝气的传统活性污泥曝气池中，一般控制MLSS=2000~3000mg/L为宜。
MLSS为混合液中无机物、非活性有机物和活性微生物的总浓度；MLVSS为混合液中挥发性有机物浓度，可以近似代表有机物和微生物的量。虽然污泥浓度（MLSS和MLVSS）不等于活性微生物浓度，但在它们之间有着稳定的相关性，所以可用MLSS（或MLVSS）间接代表活性微生物含量。在其他条件不变的情况下，污泥浓度越高，活性微生物浓度也越高，净化效果越好。
工程上一般采用MLSS作为间接计量活性污泥微生物量的指标，用（MLVSS）表示更切合实际。对一定的废水来说，MLVSS与MLSS有一定的比值，如生活污水的比值为0.7左右。其它废水可通过试验确定。
2、污泥沉降比（SV）
污泥沉降比指活性污泥混合液静置沉淀30min，所得污泥层体积与原混合液体积之比（%），即：
（式3-1）
混合液沉淀30min所得污泥层的密度一般接近最大密度，所以30min的沉降比近似等于完全沉降时的沉降比。沉降比的大小同污泥的沉淀性能和污泥浓度有关，但相关性比较复杂。污泥浓度（MLSS）相同的混合液，污泥沉降比越大，说明絮体越松散，污泥的沉降性能就越差；污泥沉淀性能相同的混合液，污泥沉降比越大，污泥浓度就越大。所以，对于特定的污泥处理系统，可以用污泥沉降比表示混合液的污泥浓度，并以此控制污泥回流量和剩余污泥排放量。通常，污泥沉降比的正常范围为15%~30%。污泥沉降比可以全面的反映污泥的沉降性能。
3、污泥体积指数（SVI）
污泥体积指数简称污泥指数（SI），是指曝气池混合液静置沉淀30min所得污泥层中，单位质量的干污泥所具有的体积，单位为mL/g。如果知道SV和MLSS，便可求出SVI。
(式3-2)
式中 SVI—污泥指数，mL/s；
SV—污泥沉降比，%；
MLSS—污泥浓度，g/mL。
污泥指数反映了活性污泥的密实性和沉降性能。如果SVI较高，说明污泥松散，沉淀性能较差；如果SVI过高，说明污泥已经膨胀，不易沉淀；如果SVI较低，说明污泥比较密实，沉淀性能较好；如果SVI过低，说明污泥细小密实，含无机物较多，已经老化，此时虽然有较好的沉淀性能，但活性和吸附性能都较差。
处理城市污水时，一般控制SVI=50~150为宜。不同性质污水的正常SVI范围差异较大。如果污水中溶解性有机物含量高，正常的SVI可能较高；如果污水中无机悬浮物含量高，正常的SVI值可能较低。特定污水的适宜SVI值应由实验和运行情况确定。污泥指数能较全面地反映污泥地浓缩性能和沉淀性能。
4、泥龄
活性污泥系统正常运行的重要条件之一是必须保持曝气池内稳定的污泥量（MLSS）。活性污泥反应的结果，使曝气池内的污泥量增加。此外，在污泥增长的同时，伴随着微生物的老化和死亡，若不及时排出就会导致活性下降。所以，每天必须从系统中排除与增长量相等的活性污泥量，即剩余污泥，以保持污泥量和活性的稳定。
微生物在曝气池中的平均停留时间，又称为泥龄，用θC表示，单位为d。泥龄工程上是指，工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值。例如，活性污泥总量为500kg，每日排放的剩余污泥量为100kg，则泥龄为5d。这也说明，工作着的活性污泥每日更新五分之一。泥龄越短，曝气池中的活性污泥更新越快，微生物越年轻。
污泥浓度与泥龄有关，而泥龄与剩余污泥排量有关，工程实践中常通过调节剩余污泥排量来控制污泥浓度。剩余污泥排量越大，泥龄θC越短，污泥浓度cx就越低，反之亦然。
出水水质与泥龄有关。泥龄长，出水水质好。随着泥龄的延长，污染物去除率很快达到最大值，所以不需要太长的泥龄（0.5~1.0d）就可取得较高的去除率。但是，泥龄短时微生物浓度低，营养相对丰富，细菌生长很快，絮凝沉淀性能差，易流失，出水水质较差。所以，常取θC=3~5d。