活性污泥法activated sludge process

生物处理污水方法之一。活性污泥是充满好气微生物的絮状物。将其经过初步沉淀从而降低悬浮物和生化需氧量的污水，导入曝气池与回流活性污泥混合，在池中不断曝气供氧，使活性污泥吸附与氧化分解污水中的有机物，然后进入二次沉淀池使泥水分离，处理后的水排放，沉淀的污泥一部分回流到曝气池，一部分脱水消化利用。曝气方法可以采用压缩空气或机械叶片搅动水面等方式。这种方法具有处理污水效率高、费用低等特点。特别适用于有机污染为主的废水处理。如石油化工、屠宰、造纸、印染和牧场等。

活性污泥法

一种主要的废水生物处理法。以废水中或添补之有机物作培养基，在有氧条件下对各种微生物群体进行混合连续培养，形成活性污泥。借此过程中发生的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，使有机污染物得以清除。主要设备是曝气池和二次沉淀池。

活性污泥法

活性污泥法处理污水，是利用好氧微生物分解生活污水和工业废水中有机物的有效方法之一。采用此法处理污水的主要构筑物包括初次沉淀池、曝气池和二次沉淀池。其中初次沉淀池即污水一级处理用的沉淀池。初次沉淀池的出水进入曝气池内，同时加入空气及活性污泥，充分混和，使活性污泥吸附污水中溶解的、胶体的有机物和无机物，并将有机物分解。污水通过曝气池后，在二次沉淀池内沉淀，一部分污泥用泵或压缩空气回送至曝气池的污水进口，发挥处理作用，多余的污泥定期清除。二次沉淀池的出水即可排放至地面水中。本法处理污水的效果一般较好。
为了保证本法处理污水的效果，应有良好的活性污泥和适当的曝气设备。由于现代工业的迅速发展，对大量生活污水和工业废水处理的迫切要求，新型工艺不断出现，活性污泥法的设计和运行已有了多种不同的方式。
活性污泥 活性污泥即二次沉淀池的污泥，是好氧微生物和原生动物为主组成的微生物集团与污水中有机、无机悬浮物所构成的褐色絮状体。活性污泥处理污水的过程，可分两个阶段。第一阶段，污水中的悬浮物和溶解性有机物由活性污泥絮状体所吸附；第二阶段，活性污泥中及污水中尚存的有机物被微生物所氧化，最终，一部分成为新的细胞质，另一部分被转化为稳定的无机物。第一阶段一般在0.5～1.0h以内即完成，第二阶段所需时间约为1h。活性污泥处理污水的过程复杂，正常运行取决于供氧充足和活性污泥的性状。要求污泥颗粒松散、易于吸附和氧化有机物，并易使泥水在二次沉淀池内分离。
活性污泥的性状，常用“污泥沉降比”及“污泥指数”表示。前者指曝气混合液沉淀30min后，沉淀污泥与混合液的体积之比(%)，一般应为15～30%。后者指曝气池混合液沉淀30min后，1g干污泥所占的体积，单位为ml/g，一般应为50～150ml/g。曝气池运行中，污泥沉降比过大时，须排放一部分污泥，以免曝气池中氧气消耗过速，甚至出现缺氧；污泥指数过低时，污泥的颗粒细小紧密，无机物含量高，缺乏吸附和氧化能力，而过高时，污泥在二次沉淀池中不易沉降，说明污泥比重轻，已膨胀或将要膨胀，此时污泥中微生物主要是丝状菌，而正常良好的污泥中含纤毛虫类，柄纤毛虫类和细菌类胶团等。
处理有害工业废水时，应先用生活污水培养活性污泥，并逐渐加入少量工业废水，使活性污泥进行驯化，适应工业废水的环境，再进行全部工业废水的生产运转。
曝气设备 活性污泥法必须有充足的空气供应。曝气设备的作用，在于连续不断地供应氧气；搅拌曝气池内混合液，使污泥与污水充分接触；并防止污泥在曝气池内沉淀。通常分鼓风曝气设备和机械曝气设备两类。也有两者联合使用，提高充氧能力。
鼓风曝气即利用压缩空气曝气。曝气池常建成长方形，池由1～4个廊道串联组成。为了防止短流，廊道长度与宽度之比为4～10，池深为3～5m，宽与深之比不大于2。每一廊道的垂直横断面四角作成40°斜角。曝气设备排放在池的一侧，使气泡上升时，在横断面上造成涡流，增加气泡与污水的接触机会。空气经鼓风机加压后通过配气管引入微孔空气扩散器，由扩散器吹出空气，在污水中形成细小气泡。一般扩散器装在池底或离底20～
30cm处，顺廊道一侧用穿孔水平管或竖管连接，也可在水面下0.7～0.9m处装空气扩散器，并在池顶两侧纵向安置导流板，使空气上升时借导流板作用形成环流 (图1)。小型曝气池，可将廊道底部做成多个垄沟，在沟内安装空气扩散器，空气自 扩散器进入池中，与混合液充分混合。

图1 污水曝气池（水面进气曝气）
1.挡板2.布气管3.分隔板剖面

机械曝气是利用装设在曝气池内的叶轮转动，使水面剧烈翻动，提高空气的溶解速率充氧，同时由于叶轮旋转，可不断提升池内液体至表面，与空气接触并加速混合作用。当把叶轮装在水面进行曝气时，称为表面曝气。此类设备，氧气的利用率高，动力要求低，较鼓风曝气经济。一般的装置是在曝气池上设动力带动的叶轮(图2)，以一个方形或圆形池为一单元，各单元池的深、宽或直径，与叶轮旋转影响范围相适应，长方形曝气池可分成多个相衔接的方形单元，每个单元装置一套动力和叶轮设备。

图2 曝气叶轮

活性污泥法的各种方式 活性污泥法的工艺流程，可根据曝气和回流污泥、污水进入方式等的不同，分为传统曝气法、吸附再生曝气法、递减曝气法、多点进水曝气法、延时曝气法、加速曝气法、深坑曝气法、纯氧曝气法等，可按污水性质、处理要求、设备及运行费用等因地制宜地选用不同方法进行污水处理。
(1) 传统曝气法：这是多年来采用的方法，污水生物处理在一个曝气池中进行(图3)。

图3 传统活性污泥法流程

处理城市污水时，污泥回流率为20～25%，曝气时间3～5h，处理效果对生化需氧量(BOD₅)为90%，悬浮物为90%。
活性污泥法的二次沉淀池的建筑与平流式初次沉淀池相同，也可建成斜管或斜板沉淀池，池的表面负荷不宜过大，通常平流式采用每小时1.8～2.2m³/m²，斜管或斜板式可加倍。沉淀时间为1.5h。池容积宜不使污泥在池内过久，以免形成缺氧，降低污泥活性及保证污泥固体的一定浓度。剩余污泥(含水99%以上)采用重力排放，其静水压力不应小于0.6m，排泥管采用的直径不小于200mm，每隔1～2h清除一次。
(2) 吸附再生曝气法：活性污泥的吸附和生物氧化（再生），分别在两个曝气池中或一个池的两部分中进行 (图4)。

图4 吸附再生曝气法

采用两个曝气池时，从二次沉淀池来的回流污泥先在污泥曝气池（再生池）内单独曝气，氧化分解被吸附的污染物，再同沉淀污水一起在混合液曝气池（吸附池）中充分接触，使污水中有机物很快被污泥吸附，然后流入二次沉淀池。
为了更好地吸附污水中的有机污染物，吸附再生曝气法的回流污泥量应比传统曝气法多，但二个池子的总容量比传统曝气法为小，并且空气用量也明显减少。
本法广泛用于城市污水及含酚工业废水的处理。污水含悬浮和胶状有机物较多的也可适用，并可不设初次沉淀池。
(3)递减曝气法：曝气池中，污水进口部分所需要的氧气量较出水处为高，为了适应污水需氧的不同要求，沿池长采用递减供氧，改变空气扩散器面积或渐减充气量加以控制。
(4) 多点进水曝气法： 沉淀污水沿曝气池长墙一侧分散进水，污泥则由进水端直接进入曝气池，此种设施使污水对需氧量不断降低，降低回流污泥的负荷，污泥可在池内再生，不必在曝气池前另设再生池(图5)。

图5 多点进水曝气流程

(5) 延时曝气法： 本法延长曝气时间和增高污泥回流比率，提高活性污泥的吸附和分解污水中有机物的能力，并使二次沉淀的污泥产量少而剩余污泥易干化。城市生活污水处理时，采用曝气时间12～24h，污泥回流率 （污泥回流量与处理污水流量比）可达300%。处理工业废水应根据废水具体情况而定。由于修建费用和运转动力消耗大。一般适于污水量小、污水中溶解性有机物较多的工业污水，也用于小型城市污水处理厂 (<3,800m3/d)处理污水。国外有些延时曝气法的剩余污泥随出水排放。
(6) 加速曝气法： 污水与回流污泥混合后多点进入曝气池，与曝气池内混合液充分混合，再由多点排出。或沿曝气池长均匀地引入污水，并均匀地排出混合液。本法能承受进水水质的变化，处理有机物的能力大，但处理效率较传统曝气法为低(图6)。

图6 加速曝气法

加速曝气法可建成圆形或方池，采用表面机械曝气，并将二次沉淀池设在一个构筑物内(图7)，称为表面加速曝气池。初次沉淀污水自曝气池底部进入，与回流污泥及原有混合液立即快速混合，池内名点的水质比较均匀，各部分的工作情况比较一致。污水从曝气区通过窗孔至导流区，然后流至沉淀区，沉淀后的清水则从池顶四周排水沟的排出管排出。沉降的污泥从回流缝流入曝气区，这种流水过程，活性污泥可周而复始，川流不息地在表面加速曝气池中流动。剩余污泥，按时从排泥管排除，贮存在污泥池中。

图7 表面加速曝气池
1.出水管 2.导流区 3.驱动装置 4.叶轮 5.通向窗孔6.沉淀区 7.曝气区 8.排泥管 9.放空管 10.回流缝

这种设备的优点是：
❶具有较高的处理负荷；
❷比传统曝气法少一个沉淀池，占地面积小；
❸动力设备比较简单，充氧率高，省电。但缺点是：
❶废水在曝气池中的停留时间短，因而处理效果较差，
❷池子的结构比较复杂，施工比较困难，
❸操作管理技术要求较高。
表面加速曝气池是目前最常用的一种处理有机工业废水的构筑物，在我国已普遍采用。
(7) 深坑曝气法（超深层曝气法）:是国外的新工艺设施，建筑深的曝气井，深度达90～215m，直径0.5～9m，在深水区安装曝气设备 (图8)。使空气中氧的转移和在水中溶解度增高，氧的利用率可达90%，并大大减少供氧动力，降低管理费用。

图8 深井曝气法

(8) 纯氧曝气法：是以氧气代替空气曝气，在1971年已开始采用于活性污泥工艺过程。应用纯氧可使氧气在水中的溶解度比空气中氧的溶解度高4倍，提高了曝气效率，又可增高活性污泥对污水的处理能力，因而可大为缩小曝气池的容积，并且产生的活性污泥量少，又易于在二次沉淀池内沉降。
目前纯氧曝气池，有多段封闭式曝气池和敞开式曝气池两类，封闭曝气池用表面机械曝气，氧气自一端进入曝气池经水面爆气后由另一端逸出。前一类的效果较好。一般适用于高浓度有机工业废水的处理，但必须有较廉价的氧气供应。