活性污泥

活性污泥是一種好氧生物處理方法，活性污泥基本概念是1912年英國的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）發現的。他們對污水長時間曝氣會產生污泥，同時水質會得到明顯的改善。繼而阿爾敦（Arden）和洛開脱（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，由於瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥時，處理效果反而好。由於認識了瓶壁留下污泥的重要性，他們把它稱為活性污泥。

隨後，他們在每天結束試驗前，把曝氣後的污水靜止沉澱，只倒上層淨化清水，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。

1916年，應用這個試驗的工藝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態系統。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鏈。最先擔當淨化任務的是異養菌和腐生性真菌，細菌特別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，隨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、種蟲佔優勢；後生動物是細菌的二次捕食者，如輪蟲、線蟲等只能在溶解氧充足時才出現，所以當出現後生動物時説明處理水質好轉標誌。其性能指標包括：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）。

微生物羣體主要包括細菌，原生動物和藻類等．其中，細菌和原生動物是主要的二大類．活性污泥的性能指標包括：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）。

混合液懸浮固體濃度（mixed liquor suspended solids，MLSS），又稱為混合液污泥濃度，表示在曝氣池單位容積混合液內所含的活性污泥固體的總重量，即 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii

Ma--具有代謝功能活性的微生物羣體；

Me--微生物（主要是細菌）內源代謝、自身氧化的殘留物；

Mi --由原污水挾入的難為細菌降解的惰性有機物質；

Mii--由污水挾入的無機物質。

表示單位為mg/L混合液，或g/L混合液，g/m3混合液，kg/m3混合液。

混合液揮發性懸浮固體濃度（mixed liquor volatile suspended solids，MLVSS），表示混合液活性污泥中有機性固體物質部分的濃度，即

MLVSS=Ma+Me+Mi

MLVSS與MLSS的比值以f表示，即

f=MLVSS/MLSS

在一般情況下，f值比較固定，對生活污水，f值為0.75左右。以生活污水為主體的城市污水也同此值。

以上兩項指標都不能精確地表示活性污泥微生物量，而表示的是活性污泥的相對值。但因為其測定簡便易行，廣泛應用於活性污泥處理系統的設計、運行。

污泥沉降比（settling velocity，SV），又稱30min沉降率。混合液在量筒內靜置30min後所形成沉澱污泥的容積佔原混合液容積的百分率，以%表示。

污泥容積指數（sludge volume index，SVI），簡稱污泥指數，其物理意義是在曝氣池出口處的混合液，在經過30min靜沉後，每g幹污泥所形成的沉澱污泥所佔的容積，以mL計。

污泥容積指數的計算式為：

SVI= 混合液（1L）30min靜沉形成的活性污泥容積（mL）/混合液（1L）中懸浮固體乾重（g）

=(SV（mL/L）)/(MLSS（g/L）)

SVI的表示單位為mL/g，習慣上只稱數字，而把單位略去。 ^[1] 

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、温度、PH值、溶解氧以及有毒物質等。

影響活性污泥性能的環境因素：

溶解氧——溶解氧濃度以不低於2mg/L為宜（2—4mg/L）。水温——維持在15～25℃，低於5℃微生物生長緩慢。營養料——細菌的化學組成實驗式為C5H7O2N，黴菌為C10H17O6原生動物為C7H14O3N，所以在培養微生物時，可按菌體的主要成分比例供給營養。微生物賴以生活的主要外界營養為碳和氮，此外，還需要微量的鉀，鎂，鐵，維生素等。

碳源--異養菌利用有機碳源，自養菌利用無機碳源。氮源--無機氮（NH3及NH4+）和有機氮（尿素，氨基酸，蛋白質等）。

一般比例關係：BOD：N：P=100：5：1

好氧生物處理：BOD5=500——1000mg/l ^[2] 

微生物的組成主要有六種：

由外到內水解細菌、發酵細菌、氫細菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸鹽還原菌、厭氧原生動物其中產甲烷絲菌是厭氧活性污泥的中心骨架。

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，不應低於100mg/L。生活污水碳源比較充足，對於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內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，也可以來自蛋白質腖（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、硫酸銨等。

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。磷源不足將影響酶的活性，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）比例關係為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態和細胞質膜的滲透性。

鈣具有降低細胞質的透性，調節酸鹼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。

參與污水活性污泥處理的是以好氧菌為主體的微生物種羣。根據運行經驗數據，曝氣池中溶解氧濃度以不低於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，但不宜低於1mg/L。

微生物的生理活動與環境的酸鹼度密切相關，只有在適宜的酸鹼度條件下，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，介於6.5～8.5之間。

温度作用非常重要。參與活性污泥處理的微生物，多屬嗜温菌，其適宜温度在10～45攝氏度，為安全計，一般將活性污泥處理的温度控制在15～35攝氏度，低於5攝氏度微生物生長緩慢。

“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，只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只要低於這一濃度，微生物的生理功能不受影響。有毒物質的作用還與pH值、水温、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。

廢水的厭氧處理主要用於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。

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，並進而降解吸收並分解的場所，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，並起混合攪拌作用，使活性污泥與有機物充分接觸。在曝氣池內，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。隨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。

活性污泥培養初期，每天悶曝22h，靜置2h，排放4L廢水，再加入4L自配水。7天后，污泥顏色呈黑色，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，説明培養出的細菌量較少。14天后，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。隨着生物相逐漸變好，預示菌種培養出來了。測量MLSS、SV的值，COD和NH3-N去除率分別達到43%和10%，污泥活性還不強，需要繼續培養。此後，每天運行兩週期，每週期曝氣10h，靜置2h。30天后，污泥的絮凝和沉澱性能良好，混合液靜置半小時，上清液清澈透明，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。

活性污泥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，使之佔優。與硝化菌相比，反硝化菌對環境的適應能力強，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%。這是因為異養菌佔優勢，生長速率快，硝化菌世代時間長，生長速率慢，含量較少，與異養菌競爭處於不利地位，硝化反應速率低。4天后，NH3-N去除率明顯升高，達到了46.70%，這説明系統中的硝化菌逐漸佔優勢，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，系統取得了良好的脱氮效果，達到馴化目的。 ^[3] 

活性污泥法是由曝氣池、沉澱池、污泥迴流和剩餘污泥排除系統所組成。污水和迴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，通過曝氣設備充入空氣，空氣中的氧溶入污水使活性污泥混合液產生好氧代謝反應。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態。這樣，污水中的有機物、氧氣同微生物能充分接觸和反應。隨後混合液流入沉澱池，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迴流，稱為迴流污泥。迴流污泥的目的是使曝氣池內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羣體，常以菌膠團的形式存在，遊離狀態的較少。菌膠團是由細菌分泌的多糖類物質將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。遊離狀態的細菌不易沉澱，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，因而原生動物有利於出水水質的提高。 ^[4] 

（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，

（2）反映污泥營養的項目屬於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不低於0.5mg/L。

（3）溶解氧DO溶解氧(不低於l～2mg/L)；二沉池出水DO不低於0.5mg/L。

（4）反映污泥環境條件水温、pH值、BOD5、CoDcr、有毒物質、CN-、S2-、SS、NO3-、NO2-等。

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態，發揮最大的效益，進一步提高出水水質。

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過小，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不合適水温超過40°投加營養按BOD5：N：P=100：5：1測定進水氨氮，稀釋進水

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值不適投加營養按BOD5：N：P=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，解絮污泥附於泡沫上增加排泥量

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 ^[5] 

根據現行的《城市污水處理及污染防治技術政策》： 1、城市污水處理產生的污泥，應採用厭氧、好氧和堆肥等方法進行穩定化處理。也可採用衞生填埋方法予以妥善處置。 2、日處理能力在10萬立方米以上的污水二級處理設施產生的污泥，宜採取厭氧消化工藝進行處理，產生的沼氣應綜合利用。日處理能力在10萬立方米以下的污水處理設施產生的污泥，可進行堆肥處理和綜合利用。採用延時曝氣的氧化溝法，SBR法等技術的污水處理設施，污泥需達到穩定化。採用物化一級強化處理的污水處理設施，產生的污泥須進行妥善的處理和處置。 3、經過處理後的污泥，達到穩定和無害化要求的，可農田利用；不能農田利用的污泥，應按有關標準和要求進行衞生填埋處置。