活性污泥法工藝是一種應(yīng)用廣泛的廢水好氧生化處理技術(shù)，其主要由曝氣池、二次沉淀池、曝氣系統(tǒng)以及污泥回流系統(tǒng)等組成。廢水經(jīng)初次沉淀池后與二次沉淀池底部回流的活性污泥同時(shí)進(jìn)入曝氣池，通過(guò)曝氣，活性污泥呈懸浮狀態(tài)，并與廢水充分接觸。
廢水中的懸浮固體和膠狀物質(zhì)被活性污泥吸附，而廢水中的可溶性有機(jī)物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的營(yíng)養(yǎng)，代謝轉(zhuǎn)化為生物細(xì)胞，并氧化成為最終產(chǎn)物(主要是CO2)。非溶解性有機(jī)物需先轉(zhuǎn)化成溶解性有機(jī)物，而后才被代謝和利用。廢水由此得到凈化。凈化后廢水與活性污泥在二次沉淀池內(nèi)進(jìn)行分離，上層出水排放；分離濃縮后的污泥一部分返回曝氣池，以保證曝氣池內(nèi)保持一定濃度的活性污泥，其余為剩余污泥，由系統(tǒng)排出。
活性污泥的形態(tài)和組成
活性污泥通常為黃褐色(有時(shí)呈鐵紅色)絮絨狀顆粒，也稱為“菌膠團(tuán)”或“生物絮凝體”，其直徑一般為0.02~2mm；含水率一般為99.2%~99.8%，密度因含水率不同而異，一般為1.002~1.006g/m3；活性污泥具有較大的比表面積，一般為20~100cm2/mL。
活性污泥由有機(jī)物及無(wú)機(jī)物兩部分組成，組成比例因污泥性質(zhì)的不同而異。例如，城市污水處理系統(tǒng)中的活性污泥，其有機(jī)成分占75%~85%，無(wú)機(jī)成分僅占15%~25%?；钚晕勰嘀杏袡C(jī)成分主要由生長(zhǎng)在活性污泥中的微生物組成，這些微生物群體構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈(如圖2-5-2所示)，其中以各種細(xì)菌及原生動(dòng)物為主，也存在著真菌、放線菌、酵母菌以及輪蟲等后生動(dòng)物。在活性污泥上還吸附著被處理的廢水中所含有的有機(jī)和無(wú)機(jī)固體物質(zhì)，在有機(jī)固體物質(zhì)中包括某些惰性的難以被細(xì)菌降解的物質(zhì)。
活性污泥的性能指標(biāo)
(1) 污泥濃度指標(biāo)
混合液懸浮固體濃度(MLSS)，也稱為“混合液污泥濃度”，表示活性污泥在曝氣池混合液中的濃度，其單位為mg/L或kg/m3?；旌弦簱]發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS),表示有機(jī)懸浮固體的濃度，其單位為爪mg/L或kg/m3。在條件一定時(shí)，MLVSS/MLSS比值是比較穩(wěn)定的，城市污水一般在0.75~0.85之間，不同廢水的MLVSS/MLSS值有異。
(2) 污泥沉降性能指標(biāo)
?、傥勰喑两当?SV)又稱30min沉淀率。SV是指從曝氣池中取出的混合液在量筒(一般是100mL)中靜置30min后，立即測(cè)得的污泥沉淀體積與原混合液體積的比值，一般以%表示。SV值能相對(duì)地反映出污泥濃度、污泥的凝聚和沉降性能，可用于控制排泥量和及時(shí)發(fā)現(xiàn)初期的污泥膨脹。一般認(rèn)為SV值的正常值為20%~30%。由于SV值的測(cè)定方法比較簡(jiǎn)單快捷，故成為評(píng)定活性污泥質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。
?、谖勰囿w積指數(shù)(SVI)是指曝氣池出口處的混合液經(jīng)30min靜置沉淀后，1g干污泥所形成的沉淀污泥體積，其單位mL/g其計(jì)算為：
SVI值比SV值更能夠準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)污泥的凝聚性能及沉降性能。一般來(lái)說(shuō)：若SVI值過(guò)低，則表明污泥粒徑小、密實(shí)、無(wú)機(jī)成分含量高；若SVI值過(guò)高，則表明污泥沉降性能不好，將要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生污泥膨脹。
對(duì)于城市污水而言，SVI值一般為50~150mL/g；對(duì)于工業(yè)廢水，SVI值在上述范圍之外，也屬正常。例如，北京高碑店污水廠工業(yè)廢水的含量超過(guò)50%，SVI長(zhǎng)年在200~300mL/g之間，也無(wú)污泥溢出現(xiàn)象，處理效果良好。另外，對(duì)于高濃度活性污泥系統(tǒng)，即使污泥沉降性能較差，由于MLSS其較高，故其SVI值也不會(huì)很高。
因此有人建議將活性污泥膨脹定義為：由于某種原因，活性污泥沉降性能惡化，SVI值不斷增加，沉淀池的污泥面也不斷上升，最終導(dǎo)致污泥流失，使曝氣池中的MLSS濃度降低，從而破壞了正常處理工藝操作的污泥，這種現(xiàn)象稱為污泥膨脹。
另外，由于SVI值的測(cè)量受許多因素(如所用容器的直徑、污泥初始濃度及攪拌等)的影響，所以，一般在各個(gè)污水廠測(cè)得的SVI值之間不具可比性。為此人們對(duì)污泥指數(shù)的測(cè)定提出一些修正，考慮到污泥濃度對(duì)SVI值的影響，有人建議采用稀釋的污泥體積指數(shù)(DSVI)作為標(biāo)準(zhǔn)方法，建議稀釋后的污泥濃度采用1.5g/L。而在英國(guó)是采用攪拌的污泥體積指數(shù)(SSVI)，模擬二次沉淀池中污泥的沉淀情況，安裝一個(gè)慢速攪拌裝置于量簡(jiǎn)(體積為1L，髙度為38.4cm)中，污泥濃度也模擬在二沉池中實(shí)際的污泥濃度，取為3.5g/L。
活性污泥的微生物及其生態(tài)學(xué)
活性污泥中的微生物體主要由各種細(xì)菌和原生動(dòng)物組成，同時(shí)還存在著真菌和以輪蟲為主的后生動(dòng)物。原生動(dòng)物以細(xì)菌為食物，后生動(dòng)物以細(xì)菌和原生動(dòng)物為食物。在活性污泥中的有機(jī)物、細(xì)菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈。
1.活性污泥的食物鏈
活性污泥中的微生物可分為幾類：形成活性污泥絮體的微生物、腐生生物、捕食者及有害生物。
腐生生物是降解有機(jī)物的生物，以細(xì)菌為主。顯然，這些細(xì)菌中包括被看作形成絮體的大多數(shù)細(xì)菌，也可能包括不絮凝的細(xì)菌，但它們被包裹在由第一類細(xì)菌形成的絮體顆粒中。腐生生物可分為初級(jí)和二級(jí)腐生生物，前者用于降解原始基質(zhì)，而二級(jí)腐生生物則以初級(jí)腐生生物的代謝產(chǎn)物為食，這充分表明在群落中具有高度的偏利共生性。
在活性污泥的群落中主要的捕食者是以細(xì)菌為食的原生動(dòng)物及后生動(dòng)物，在數(shù)量上，大約為103個(gè)/mL。在活性污泥中大約發(fā)現(xiàn)230多種原生動(dòng)物，它們?cè)谙到y(tǒng)中可能占生物固體量的5%。其中，纖毛蟲幾乎都捕食細(xì)菌，通常為占優(yōu)勢(shì)的原生動(dòng)物。由于原生動(dòng)物及后生動(dòng)物的數(shù)量會(huì)隨著污水處理的運(yùn)行條件及處理水質(zhì)的變化而變化，所以，可以通過(guò)顯微鏡觀察活性污泥中的原生動(dòng)物及后生動(dòng)物的種類來(lái)判斷處理水質(zhì)的好壞。因此，一般將原、后生動(dòng)物稱為活性污泥系統(tǒng)中的指示性生物。