1 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、膠體物質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|不同而異，一般為黃色或茶褐色，供氧不足或出現厭氧狀態時呈黑色，供氧過多營養不足時星灰白色，略顯酸性，稍具土壤的氣味并夾帶-些霉臭味?；钚晕勰嗪屎芨?，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?/span>107~108 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，組成了一個生態平衡的生物群體?；钚晕勰嗉毦Ｒ跃z團的形式存在，呈游離狀態的較少，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挾入，至于微生物體內存在的無機鹽類，由于數量極少，可忽略不計。
總之，活性污泥由下列四部分物質所組成:
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(M;)。其中活性微生物群體是活性污泥的主要組成部分。
2 基本流程
活性污泥法是以污水中的有機污染物為培養基，在有溶解氧條件下，連續地培養活性污泥，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，完整的活性污泥系統還包括實現回流、曝氣、污泥處置功能所需的輔助設施。圖1是活性污泥處理系統的基本流程，該流程也稱為傳統(普通)活性污泥法流程。
由圖1可知，經過適當預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曝氣設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。二沉池底部經沉淀濃縮后的污泥大部分再經回流污泥系統回到曝氣池，其余的則以剩余污泥的形式排出，進入另設的污泥處理系統進一步處置，以消除二次污染。
曝氣池作為生化反應器，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器的有機污染物量;二沉池作為活性污泥法系統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。
3 活性污泥凈化反應過程
活性污泥凈化反應過程比較復雜，既有活性污泥本身對有機污染物的吸附、絮凝等物理、化學或物理化學過程，也有活性污泥內微生物對有機污染物的生物轉化、吸收等生物或生物化學過程，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，污水中的有機污染物，尤其是呈懸浮態和膠體態的有機物，表現出高的去除率，這種初期高速去除現象是物理吸附和生物吸附綜合作用的結果。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層，當污水中懸浮態、膠體態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內便能完成，污水BOD的吸附去除率可達70%，對于含懸浮態和膠體態有機物較多的污水，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器內水力擴散程度與水力動力學規律，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”狀態的內源呼吸期微生物，其吸附活性最強。
(二)代謝穩定階段
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，溶解態和小分子有機物直接透過細胞壁進入細胞體內，而膠體態和懸浮態的大分子有機物如淀粉、蛋白質等則先在細胞外酶一水解酶的作用 下，被水解為溶解態小分子后再進入細胞體內，此時水解產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中胞外水解區曲線所示。
進入細胞體內的有機污染物，在各種胞內酶(如脫氫酶、氧化酶等)的催化作用下，被氧化分解為中間產物，有些中間產物合成為新的細胞物質，另一些則氧化為穩定的無機產物，如CO2和H2O等，并釋放能量供合成細胞所需，這個過程即物質的氧化分解過程，也稱穩定過程。在此過程中，不穩定的高分子有機物質通過生化反應被轉化為簡單穩定的低分子無機物質，混合液BOD逐漸降低， 如圖2中胞內生物氧化區曲線所示。穩定過程所需時間取決于有機物的轉化程度，要比吸附過程長得多。
4 活性污泥法工藝類型
活性污泥法已有近百年的歷史，其工藝經歷了不斷的改進、革新和繁衍，在傳統活性污泥工藝的基礎上，出現了漸減曝氣、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合的膜生物反應器工藝等。下面主要介紹傳統推流、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器工藝等幾種活性污泥法工藝。
1、傳統活性污泥法工藝
傳統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化，從而得以降解。
傳統活性污泥法具有凈化效率高(BOD5去除率可達90%以上)、出水水質好、污泥沉降性好、不易發生污泥膨脹等優點，但存在以下缺點:
(1)曝氣池首端有機負荷高，為了避免池首出現因缺氧造成的厭氧狀態，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、水量變化的影響。
(3) 供氧與需氧不平衡，此為傳統法的主要缺點。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，則會產生池首缺氧問題:若按池首需氧要求均勻曝氣，必然產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法曝氣池底擴散器的鋪設方式，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的較高有機負荷沿池長均勻承擔，從而縮小了供氧速率與需氧速率的差距，如圖6所示。
2、完全混合活性污泥法工藝
在階段曝氣法基礎上，進一步增加進水點數的同時增加回流污泥的入流點數，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混合液充分混合，傳統法曝氣池中混合液不均勻的狀況被改變，池內需氧均勻，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，因而出水水質一般低于傳統法，且活性污泥易產生膨脹現象。
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——吸附與代謝穩定分別放在各自的反應器內進行，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置，圖8(b)為合建式，吸附池與再生池合建。污水與經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，恢復活性后再回到吸附池進行下-輪吸附，剩余污泥則不經曝氣直接排出系統。
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和膠體態有機物，故污水不需經初沉池預處理;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，對于相同的處理規模，吸附池和再生池總容積比傳統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，整個系統由預處理段、A段、B段三個部分組成，預處理段只設格柵、沉砂池等簡易處理設施，不設初沉池; A段和B段是兩個串聯的活性污泥系統，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，兩段完全分開，每段能夠培育出適于本段水質特征的微生物種群。
污水經過A段處理后，BOD5去除率為40%~70%，同時重金屬、難降解物質以及氮、磷營養物質等也得到一定的吸附去除，不僅大大減輕了B段的有機負荷，而且污水的可生化性提高，有利于B段的生物降解作用。B段發生硝化和部分的反硝化，活性污泥沉淀性能好，出水SS和BOD5一般小于l0mg/L。
AB工藝出水水質好、處理效果穩定，具有抗沖擊負荷、pH值變化的能力，并能根據經濟實力進行分期建設，可用于老污水處理廠改造，以擴大處理能力和提高處理效果。此外，對于有毒有害污水和工業污水比例較高的城市污水處理，AB法具有較大優勢。
5、氧化溝工藝
氧化溝工藝是20世紀50年代由荷蘭的帕斯維爾(Pasveer)研發的一種污水生物處理技術，屬于延時曝氣法的一種特殊形式，因其構筑物呈封閉的溝渠型而得名，由于其出水水質能達到設計要求，并且運行穩定、管理方便，目前，氧化溝污水處理技術已廣泛應用于城市污水、工業廢水(包括石油、化工、造紙、印染及食品加工廢水等)處理工程。
(1)氧化溝的組成
氧化溝由氧化溝池、曝氣設備、進出水裝置、導流和混合裝置等組成。
氧化溝池屬于封閉環流式反應池，溝體狹長，一般星環形溝渠狀，平面多為橢圓形(圖10)，總長可達幾十米，甚至百米以上。在環形溝槽中設有曝氣設備，推動污水和活性污泥混合液在閉合式曝氣渠道中以0.3 m/s以上的平均流速連續循環流動，水力停留時間10~30h,因此，可以認為溝內污水水質幾乎一致，即總體上的污水流態是完全混合式，但具有局部推流特征，如曝氣器的下游，溶解氧濃度從高到低變化。溝內水深與采用曝氣設備有關，為2.5~8m:采用曝氣轉刷一-般在2.5m左右;采用曝氣轉盤一般不大于4.5 m;采用立式表面曝氣機水深一般可為4~6m，最深可達8 m。
曝氣設備是氧化溝的主要裝置，用以供氧、推動水流作循環流動、防止活性污泥沉淀及對反應混合液的混合。常用臥式曝氣轉刷和曝氣轉盤，也可根據實際情況采用立式表面曝氣機、射流曝氣機、導管曝氣機以及混合曝氣系統等。
進出水裝置包括進水口、回流污泥口和出水調節堰等。氧化溝進水和回流污泥進口應在曝氣器的上游，使進水能與溝內混合液立即混合。
單池進水比較簡單，采用進水管即可，而有2個以上氧化溝平行工作時，進水要用配水井，當采用交替工作的氧化溝時，配水井內還需設自動控制裝置。氧化溝出水一般采用溢流堰，溢流堰高度可調節，出水位置應在曝氣器的下游，并且離進水點和回流污泥點足夠遠，以免短流。
導流和混合裝置包括導流墻和導流板。在氧化溝的彎道處設置導流墻，以減少水頭損失，防止通過彎道的污水出現停滯和渦流現象，防止對彎道處的過度沖刷。在轉刷上下游設置導流板，主要是為了使表面的較高流速轉入池底，同時降低混合液表面流速，提高傳氧速率。
此外，氧化溝處理系統還包括二沉池、刮(吸)泥機和污泥回流泵房等附屬設施，此部分與傳統活性污泥工藝相同。
(2)氧化溝的形式
氧化溝的形式較多，按布置形式可分單溝、雙溝、三溝、多溝同心和多溝串聯氧化溝等多種;按二沉池與氧化溝的關系，有分建和合建(即一體化氧化溝)兩種;按進水方式，分連續進水和交替進水氧化溝;按曝氣設備，分轉刷曝氣、轉盤曝氣或泵型、倒傘型表面曝氣機氧化溝等。目前常用的主要有普通氧化溝、卡羅塞爾(Carrousel) 氧化溝、奧巴勒(Orbal)氧化溝、交替工作式氧化溝(DE型、T型)、一體化氧化溝等。Carrousel 氧化溝是20世紀60年代由荷蘭某公司所開發，為多溝串聯氧化溝。圖11為四廊道并采用表面曝氣器的Carrousel 氧化溝，在每組溝渠的轉彎處安裝一臺表面曝氣器，靠近曝氣器的下游為富氧區，上游為低氧區，外環還可能成為缺氧區，這樣能形成生物脫氮的環境條件。Carrousel氧化溝系統的BOD去除率高達95%~99%，脫氮率可達90%以上，除磷率50%左右，在世界各地應用廣泛。
（3)氧化溝的特點
氧化溝工藝的優點:工藝流程簡單(不需設初沉池)，運行管理方便，處理效果好;除能去除有機物外，還能脫氮除磷，尤其是脫氮效果好:具有延時曝氣法的優點，污泥產量少且穩定:一體化氧化溝能節省占地，更易于管理。氧化溝的局限性:占地面積大; F/M值低，容易引起污泥膨脹;與傳統處理工藝相比，曝氣能耗更高;難以進行廠區擴建。
6、SBR工藝及其變形
SBR工藝即序批式活性污泥法，是以序批式反應器(Sequencing Batch Reactor, SBR)為核心的間歇式活性污泥法，是城市污水處理、工業(石油、化工、食品、制藥業等)污水處理及營養元素去除的重要方法之一。
(1) SBR工藝的運行工序及特點
1.SBR工藝的運行工序
SBR工藝是活性污泥法的一種變形，它的反應機理與污染物去除機制和傳統活性污泥法相同，但在工藝上將曝氣池和沉淀池合為一體，在運行模式上是由進水、反應、沉淀、排水和閑置等5個基本過程組成一個周期，即在單一反應器內的不同時段進行不同目的的操作，雖然在流態上是完全混合式，但在污染物的降解方面，則是時間上的推流。
SBR工藝的運行工序如圖12所示，在進水階段，污水被加入反應器，直到預定高度(一股可允許反應器中的液位達到總容積的75%~ 100%)， 當使用兩個反應器時，進水時間可能占總循環時間的50%。
進水方式可根據工藝上的其他要求而定，既可單純進水，也可邊進水邊曝氣，以起預曝氣和恢復污泥活性的作用，還可以邊進水邊緩慢攪拌，以滿足脫氮、釋放磷的工藝要求;
在反應階段，微生物在所控制的環境條件下降解消耗污水中的底物，即污水注入達到預定高度后，開始反應操作，根據污水處理的目的，如BOD去除、硝化、磷的吸收以及反硝化等，采取相應的技術措施，并根據需要達到的程度決定反應的延續時間;在沉淀階段，混合液在靜止條件下進行固液分離，澄清后的上清液將作為處理水排放;
在出水階段，排出池中澄清后的處理水，一直到最低水位;閑置階段，即在處理水排放后，反應器處于停滯狀態的階段，通常用于多個反應器系統，閑置時間應根據現場具體情況而定，但有時可省略。
除了以上闡述的五個工藝階段外，排泥是SBR工藝運行中另一個影響效果的重要環節，污泥排放的數量和頻率由效能需要決定。排泥沒有指定在哪個運行階段進行，一般放在反應階段后期，就可達到均勻排泥(包括細微物質和大的絮凝體顆粒)的目的。由于曝氣和沉淀過程都在同一個池中完成，所以不需進行污泥回流以維持曝氣池中的污泥濃度。
2. SBR工藝的特點
SBR工藝最顯著的一個特點是將反應和沉淀兩道工序放在同一反應器中進行，擴大了反應器的功能。此外，SBR是一個間歇運行的污水處理工藝，運行時期的有序性使它具有不同于傳統連續流活性污泥法的一些特性。
1)流程簡單，設備少，占地少，基建及運行費用低。SBR工藝的主要設備就是一個兼具沉淀功能的反應器，無需二沉池和污泥回流裝置，且在大多數情況下還可省去調節池。
2)固液分離效果好，出水水質好。SBR工藝中的沉淀過程屬于理想的靜止沉淀，固液分離效果好，且剩余污泥含水率低，有利于污泥的后續處置。
3)運行操作靈活，通過適當調節各單元操作的狀態可達到脫氮除磷的效果。通過適度的充氣、停氣攪拌，形成時間序列上的缺氧、厭氧和好氧交替環境條件，滿足缺氧反硝化、厭氧放磷和好氧硝化及吸磷的要求，從而可有效地脫氮除磷。
4)能有效地防止污泥膨脹。由于SBR具有理想推流式特點，反應期間反應底物濃度大、缺氧與好氧狀態交替變化以及泥齡鉸短，都是抑制絲狀菌生長的因素。
5)耐沖擊負荷。SBR工藝利用高循環率有效稀釋進水中高濃度的難降解或對微生物有抑制作用的有機化合物。
6)利用時間上的推流代替空間上的推流，易于實現自動控制。該工藝的各操作階段及各項運行指標都可通過計算機加以控制，便于自控運行，易于維護管理。
7)容積利用率低，水頭損失大，出水不連續，峰值需氧量高，設備利用率低，運行控制復雜，不適用于大水量。
(2) SBR工藝的變形
針對傳統SBR工藝存在的不足及在應用中的某些局限性，如進水流量較大時，對反應系統需調節，會增大投資;對出水水質有特殊要求時，如脫氮、除磷，則需對SBR進行適當改進。因此出現了ICEAS、CASS、IDEA、DAT-IAT、UNITANK、MSBR等SBR的變形工藝。
①ICEAS工藝
ICEAS 工藝稱為間歇式延時曝氣活性污泥工藝，于1968年由澳大利亞新南威爾士大學與美國ABJ公司合作開發。該工藝最大的特點是在SBR反應器進水端增加了一個預反應區(圖13),實現連續進水(不但在反應階段進水，在沉淀和排水階段也進水)。
ICEAS 工藝集反應、沉淀、排水于一體，運行時，污水連續不斷地進入反應池前部的預反應區，并從主、預反應區隔墻下部的孔眼以低速(0.03~0.05 m/min)進入主反應區，在主反應區按照反應、沉淀、排水的周期性運行程序，完成對含碳有機物和氮、磷營養元素的去除。
ICEAS工藝的優點是連續進水，可以減少運行操作的復雜性，在處理市政污水和工業污水方面比傳統SBR工藝費用更低、出水效果更好，其缺點是進水貫穿于整個周期，沉淀期進水在主反應區底部造成水力紊動，從而影響分離時間，因此水量受到限制，且容積利用率低， 脫氦除磷有一定難度。
② CASS工藝
CASS 或CAST 或CASP工藝稱為循環式活性污泥工藝。該工藝是在ICEAS工藝基礎上，將生物選擇器與SBR反應器有機結合。通常CASS反應器分為3個區域(圖14): 生物選擇區、缺氧區和主反應區，各區容積之比為1:s: 30。污水首先進入選擇區，與來自主反應區的污泥(20%~ 30%)混合，經過厭氧反應后進入主反應區。與ICEAS工藝相比，CASS工藝將主反應區中部分污泥回流至生物選擇器中，而且沉淀階段不進水， 使排水的穩定性得到保障。CASS工藝解決了ICEAS工藝對于SBR優點部分的弱化問題，脫氮除磷效果比ICEAS更好。
③IDEA工藝
IDEA 工藝稱為間歇排水延時曝氣工藝。該工藝保持了CASS工藝的優點，運行方式與ICEAS工藝相似，采用連續進水、間歇曝氣、周期排水的形式。與CASS相比，預反應區改為與SBR主體構筑物分離的預混合池，部分污泥回流進入預反應池，且采用中部進水。預混合池的設立可以使污水在高絮體負荷下有較長停留時間，有利于高絮凝性細菌的選擇性生長。
④DAT-IAT工藝
DATIAT工藝是一種連續進水的SBR工藝，其主體構筑物由需氧池和間歇曝氣池串聯組成(圖15)。IAT池為主反應池，一般情況下DAT池連續進水，連續曝氣，其出水經雙層導流墻連續進入IAT池，在此完成曝氣、沉淀、排水和排出剩余污泥工序，同時部分污泥回流到DAT池。原污水首先經DAT池的初步生物處理后再進入IAT池，由于連續曝氣起到了水力均衡作用，提高了整個工藝的穩定性，進水工序只發生在DAT池，排水工序只發生在IAT池， 兩池串聯，進一步增強整個生物處理系統的可調節性，有利于有機物的去除。
與CASS和ICEAS工藝相比，DAT池是一種更加靈活、完備的預反應器，從而使DAT池與IAT池能夠保持較長的污泥齡和很高的MLSS濃度,使系統有較強的抗沖擊負荷能力;在去除BOD的同時，進行脫氮除磷; DAT-IAT 工藝同時具有SBR工藝和傳統活性污泥法的優點，對水質水量的變化有很強的適應性，操作運行比較簡便。
⑤UNITANK工藝
UNITANK系統是一體化活性污泥法工藝，類似于三溝式氧化溝工藝，為連續進水連續出水的處理工藝。UNITANK系統在外形上是一矩形體，里面被分割成3個相等的以開孔公共墻相隔的矩形單元池，中間單元池始終做曝氣池，邊池交替做曝氣池和沉淀池(圖16）。
UNITANK系統集合了SBR工藝、三溝式氧化溝和傳統活性污泥法的特點。其優點是池型構造簡單，采用固定堰出水，排水簡單，也不需污泥回流:其缺點是邊池污泥濃度遠遠高于中池，脫氮效果一般，除磷效果差。
⑥MSBR工藝
MSBR 稱為改良型序批式生物反應器，不需初沉池、二沉池及相應的布水及回流設備，整個反應池在全充滿、恒水位及連續進水情況下運行。
MSBR處理系統在外形上常為矩形，分成三個主要部分(圖17);曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期中保持連續曝氣，而每半個運行周期中，兩個序批處理格分別交替作為SBR池和沉淀池。此外，還有根據工藝處理要求設置的厭氧格和缺氧格，因此，它實質上是A2/0工藝與SBR工藝的串聯。如果只去除BOD和ss, 則不需設厭氧格和缺氧格，MSBR系統更為簡單。
MSBR工藝被認為是集約化程度鉸高、同時具有生物脫氮除磷功能的污水處理工藝，在系統的可靠性、土建工程量、總裝機容量、節能、降低運行成本和節約用地等多方面均具有優勢。
7、多孔懸浮載體活性污泥工藝
多孔懸浮載體活性污泥工藝是在曝氣池中投加占曝氣池容積15%~ 50%的多孔泡沫塊(球)，泡沫塊為曝氣池中的微生物提供了大量可供棲息的表面積，微生物附著于其表面及孔隙中，有的泡沫塊的生物量可達100~ 150 mg/塊，因此，大大增加了曝氣池內生物量。由于泡沫塊僅占少部分曝氣池的容積，所以整個系統仍屬活性污泥法系統。但多孔懸浮載體大大改善了活性污泥系統的工藝性能，使其具有如下不同于常規活性污泥系統的特性。
1)提高了活性污泥法反應器內的總生物量和附著生長的生物濃度，同時相對降低了懸浮生長的生物濃度。附著生長的微生物的大量出現，使生物相系統發生了巨大變化。傳統活性污泥法系統較易生長的絲狀菌可被載體吸附于其孔隙內或表面，載體的孔隙及其表面的粗糙狀況決定了其對絲狀菌的捕獲能力。
這樣，既能發揮絲狀菌的強大凈化能力，又能控制污泥膨脹及污泥上浮、流失給系統正常運行帶來的巨大危害。
2)載體投加量與載體上的附著生物量密切相關。載體投加量越大，系統中附著的生物量越高，但單個載體附著生物量則下降。
3)有機負荷對兩種生物相濃度影響很大。有機負荷增高，系統內總附著生長生物量及單位載體上附者的生物量均增加，而懸浮生長生物量則相對減少。
4)改變了系統內底物的分配及傳質狀況，附著生長生物與懸浮生長生物的傳質與生 物降解作用有所不同。
5)投加載體能防止活性污泥法系統污泥沉降性能的惡化，反應器的生物濃度及出水水質不像傳統活性污泥法對二沉池工況那樣具有較大敏感性與依賴性。
6)系統內懸浮生長生物相的吸氧速率有所降低。
7)延長了泥齡，有助于硝化反應及氨氮的去除，大大提高了系統耐受沖擊負荷的能力，完善了凈化過程，提高了處理效率，能獲得更好的出水水質。
比較成熟的多孔懸浮載體活性污泥法工藝是Linpor工藝，該工藝由德國Linde公司研究開發，采用尺寸為12mmx12mmx12mm的多孔懸浮泡沫塊作為載體，每1m3載體的總表面積達1000m2,相對密度接近于1，在曝氣狀態下懸浮于水中。
Linpor工藝利用池內水流的紊動作用產生的水力剪切以及回流量來調挖生物量，不需泡沫塊擠壓裝置。按功能不同，該工藝可分為Linpor-C工藝、Linpor-C/N 工藝、Linpor-N工藝。
Linpor-C工藝主要用來去除污水中的含碳有機物，工藝組成與典型活性污泥法完全相同，特別適用于對已有活性污泥法處理廠的擴容改造。Linpor-C/N 工藝設有缺氧區，具有同時去除污水中C和N的雙重功能，與傳統工藝不同的是，在Linpor-C/N工藝中，由于存在較多的附著生長型硝化菌，因而即使在較高的負荷下，該工.藝也可獲得良好的硝化作用；并且能在多孔性載體孔道內形成無數個微型反硝化反應器，故在好氧區會同時發生碳氧化、硝化和反硝化作用。
Linpor-N 工藝是去除含碳有機物之后進行氨氮硝化的工藝，在這一過程中不產生廢棄污泥，因此無需設置二沉池和污泥回流系統。反應器中幾乎不存在懸浮生長微生物，大部分硝化菌附著生長在多孔懸浮載體上，因此泥齡長、硝化效果好。當廢水排入敏感性水體和對處理出水中的氨氮有嚴格要求時可以采用Linpor-N工藝。
8、膜生物反應器工藝
膜生物反應器(Membrane Bioreactor, MBR)工藝是由膜分離組件(常用超濾)與活性污泥反應器(曝氣池)相結合而成的污水處理工藝，即用膜組件代替二沉池進行固液分離的污水生物處理系統。與傳統生物處理工藝相比，MBR工藝具有生化效率高、有機負荷高、污泥負荷低、出水水質好、設備占地面積小、便于自動控制和管理等優點。根據膜與生物反應器的位置關系，MBR可分為分置式(外置式)和一體式(內置式)兩種。
分置式MBR將膜組件(多為管式和平板式)置于生物反應器外部，二者通過泵與管路相連，其工藝流程如圖18所示，輸送泵將曝氣池中的混合液加壓后送到膜分離單元，由膜組件進行固液分離，濃縮液回流至生物反應器，透過液為出水。該方式運行靈活，設備安裝方便，膜組件的清洗、維護、更換及增設比較容易，膜通量相對較高，易于大型化和對現有工藝的改造，但動力費用較高，泵高速旋轉產生的剪切力會使某些微生物菌體失活。
一體式MBR又稱淹沒式MBR ，其工藝流程如圖19所示，將無外殼的膜組件(多為中空纖維式)直接安裝浸沒于曝氣池內部，微生物在曝氣池中降解有機物，依靠重力或水泵抽吸產生的負壓或真空泵將膜組件透過液移出，成為出水。SMBR無混合液循環系統，真空泵工作壓力較小，結構緊湊，占地少，但膜通量相對較低，膜易污染，難以清洗和更換膜組件。
5 活性污泥法運行過程中存在的問題及相應的措施
1、活性污泥法運行過程中存在哪些問題?
曝氣池首端有機污染物負荷高，好氧速度也高，為了避免由于缺氧形成厭氧狀態，進水有機物負荷不宜過高。為達到一定的去污能力，需要曝氣池容積大，所以占用的土地較多，基建費用高;好氧速度沿池長是變化的，而供氧速度難于與其相吻合適應，在池前段可能出現好氧速度高于供氧速度的現象，池后段又可能出現溶解氧過剩的現象，對此，采用漸減供氧方式，可一定程度上解決這些問題;另外，活性污泥對進水水質、水量變化的適應性較低，運行效果易受水質、水量變化的影響。
活性污泥法運行過程中存在問題有:
①生物相不正常:
②污泥SV1值異常;
③污泥膨脹;
④污泥解體;
⑤污泥腐化:
⑥污泥上浮;
⑦泡沫問題:
⑧二沉池出水異常主要表現在透明度降低、SS和BOD值升高、大腸菌群數增加等。
2.污泥膨脹的概念及其解決辦法有哪些?
(1)污泥膨脹的原因
①絲狀菌膨脹 活性污泥絮體中的絲狀菌過度繁殖，導致膨脹，促成條件包括進水有機物少，F/M太低，微生物食料不足;進水氮、磷不足; pH值低;混合液溶解氧太低，不能滿足需要;進水波動太大，對微生物造成沖擊。
②非絲狀菌膨脹 由于進水中含有大量的溶解性有機物，使污泥負荷太高，而進水中又缺乏足夠的N、P，或者DO (溶氧)不足。細菌很快把大量有機物吸人體內，又不能代謝分解，向外分泌出過量的多糖類物質。這些物質分子中含羥基而具有較強的親水性，使活性污泥的結合水高達400% (正常為100%左右)，呈黏性的凝膠狀，無法在二沉池分離。另一種非絲狀菌膨脹是進水中含有較多毒物，導致細菌中毒，不能分泌出足夠量的黏性物質，形不成絮體，也無法分離。
(2) 解決辦法
組成廢水的各種成分由于比例失調，也可引起污泥膨脹，如廢水中C/N比失調，若由于碳水化合物的含量過高，可適當的投加尿素、碳酸銨或氯化銨。如系統進水濃度太高，可減低進水量。至于曝氣池的環境(如pH、溫度溶解氧等)對活性污泥的性質也有一定的影響。
其他如廢水中含有大量的有機物或石油，以及含有大量的腐敗物質都可以引起膨脹。在曝氣池中過多或過少地充氧或攪動不充分，都可引起膨脹。
由此可知，為防止污泥膨脹，首先應加強管理操作，經常檢測污水水質、曝氣池內溶解氧、污泥沉降比、污泥指數和進行顯微鏡觀察，如發現異常情況應及時采取措施，如加大空氣量、及時排泥、在有可能時采取分段進水，以減輕二沉池的負荷。
3、污泥上浮的概念及其解決辦法有哪些?
(1)污泥上浮
主要是指污泥脫氮上浮。污水在二沉池中經過長時間停留會造成缺氧(DO 在0.5mg/L.以下)，則反硝化菌會使硝酸鹽轉化成氨和氮氣，在氨和氮氣逸出時，污泥吸附氨和氮氣而上浮使污泥沉降性降低。
(2)解決辦法
污泥上浮現象和活性污泥的性質無關，只因污泥中產生氣泡，使污泥密度低于水，因此污泥，上浮不應與污泥膨脹混為一談。具體解決辦法有:
①降低進水鹽濃度，控制高負荷COD的沖擊。
②準確地控制曝氣池內的COD負荷。因此，在運行操作上要控制曝氣池進水量。通過準確地控制MLSS (建議6~8g/L)和曝氣池進水量，將COD負荷控制在0. 2~0.4kg/(m3 . d)的適當范圍，以減少污水的沖擊，如果該污水經過均質池后的COD濃度仍然超過設計標準，應將該股污水引人事故池以待日后處理。
③完善新建污水預處理工藝，控制污水厭氧與兼氧酸化水解池是保障后續曝氣池正常運轉的關鍵步驟，污水中的難降解有機物在此得到降解后，可以保證曝氣池污水的出水要求，也改善了二沉池的沉降性能。應采取以下措施:完成潛水攪拌機配電系統的改造，盡快泵污泥至酸化池，進行酸化池的調試和酸化污泥的馴化。一次投加剩余污泥約為池容的1/5，投加量約為100m3，使池內混合液濃度在4~6g/L.
④控制氧曝池的溶解氧濃度，適當降低氧曝池MLSS,基本控制在10g/L以內，與之相應的溶解氧濃度控制應根據進水有機負荷及時調整。
⑤增加污泥回流量，及時排除利余污泥，降低混合液污泥濃度，縮短污泥齡，降低溶解氧濃度，但不能進人消化階段。
4、泡沫問題的概念及其解決辦法有哪些?
(1) 泡沫問題
泡沫一般分為三種形式:
①啟動泡沫活性污泥工藝運行啟動初期，由于污水中含有一些表面活性物質，易引起表面泡沫。但隨著活性污泥的成熟，這些表面活性物質經微生物降解，泡沫現象會逐漸消失。
②反硝化泡沫 如果污水廠進行硝化反應，則在沉淀池或曝氣不足的地方會發生反硝化作用，產生氮等氣泡而帶動部分污泥上浮，出現泡沫現象。
③生物泡沫由于絲狀微生物的異常生長，與氣泡、絮體顆?；旌隙傻呐菽哂蟹€定、持續、較難控制的特點。生物泡沫對污水廠的正常運行是非常不利的:在曝氣池或二沉池中出現大量絲狀微生物，在水面上漂浮、積聚大量泡沫，造成出水有機物濃度和懸浮固體升高，產生惡臭或不良有害氣體，降低機械曝氣方式的氧轉移效率，可能造成后期污泥消化時產生大量表面泡沫。
(2)解決辦法
①噴灑水這是一種最常用的物理方法。通過噴灑水流或水珠以打碎浮在水面上的氣泡，來減少泡沫。打散的污泥顆粒部分重新恢復沉降性能，但絲狀細菌仍然存在于混合液中，所以不能從根本上消除泡沭現象。
②投加消泡劑 可采用具有強氧化性的殺菌劑，如氣、臭氧和過氧化物等。還有利用聚乙二醇、硅酮生產的市售藥劑，以及氯化鐵和銅材酸洗液的混合藥劑等。藥劑的作用僅僅能降低泡沫的增長，卻不能消除泡沫的形成。而廣泛應用的殺菌劑普遍存在副作用，因為過量或投加位置不當，會大量降低反應池中絮成菌的數量及生物總量。
③降低污泥齡一般采用降低曝氣池中污泥的停留時間，以抑制有較長生長期的放線菌的生長。
④回流厭氧消化池上清液已有試驗表明，采用厭氧消化池上清液回流到曝氣池的方法，能控制曝氣池表面的氣泡形成。
⑤投加特別微生物有研究提出， 一部分特殊菌種可以消除Nocardia菌的活力，其中包括原生動物腎形蟲等。另外，增加捕食性和拮抗性的微生物，對部分泡沫細菌有控制作用。
5、污泥解體的概念及其解決辦法有哪些?
(1)污泥解體
處理水質渾濁、污泥絮凝體微細化，處理效果變壞等則是污泥解體現象。導致這種異?，F象的原因有:污泥中毒，微生物代謝功能受到損害或消失，污泥失去凈化活性和絮凝活性。多數情況下為污水事故性排放所造成，應在生產中予以克服，或局部進行預處理;正常運行時，處理水量或污水濃度長期偏低，而曝氣量仍為正常值，出現過度曝氣，引起污泥過度自身氧化，菌膠團絮凝性能下降，污泥解體，進一步污泥可能會部分或完全失去活性。此時，應調整曝氣量，或只運行部分曝氣池。
(2)解決辦法
運行不當(如曝氣過量)，會使活性污泥生物營養的平衡遭到破壞，使微生物量減少且失去活性，吸附能力降低，絮凝體縮小質密，一部分則成為不易沉淀的羽毛狀污泥，處理水質混濁，SV%值降低等。當污水中存在有毒物質時，微生物會受到抑制傷害，凈化能力下降，或完全停止，從而使污泥失去活性。一般可通過顯微鏡觀察來判別產生的原因。當鑒別出是運行方面的問題時，應對污水量、回流污泥量、空氣量和排泥狀態以及SV. MLSS、DO、Ns等多項指標進行檢查，加以調整。當確定是污水中混人有毒物質時，應考慮這是新的工業廢水混人的結果，需查明來源，按國家排放標準加以處理。
6、污泥腐化的概念及其解決辦法有哪些?
(1)污泥腐化
污泥腐化上浮是指在沉淀池內的污泥由于缺氧而引起厭氧分解，產生甲烷及二氧化碳氣體，污泥吸附氣體上浮。在二沉池有可能由于污泥長期滯留而進行厭氣發酵，生成氣體(H2S、CH,等)，從而發生大塊污泥上浮的現象。它與污泥脫氮上浮所不同的是，污泥腐敗變黑，產生惡臭。此時也不是全部污泥上浮，大部分污泥都是正常地排出或回流，只有沉積在死角長期滯留的污泥才腐化上浮。
(2)解決辦法
①設計并安裝不使污泥外溢的浮渣設備;
②消除沉淀池的死角;
③加大池底坡度或改進池底刮泥設備，不使污泥滯留于池底。此外，如曝氣池內曝氣過度，使污泥攪拌過于激烈，生成大量小氣泡附聚于絮凝體上，也容易產生這種現象。防止措施是將供氣控制在攪拌所需的限度內，而脂肪和油則應在進人曝氣池之前加以去除。
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來源 | 工業廢水圈編輯 | 明創環境
