摘要：活性污泥法在水污染处理中起着十分重要的作用。这种方法是利用微生物处理水污染的典范，通过培养微生物使出水纯净。现在还有不断发展出的新技术。

关键词：活性污泥，活性污泥法，卡波菲尔反应器

在20世纪初，由于全球人口密度还不高，现代化大工业也未普遍出现，因而那时的污水浓度很低、数量也较少。当这些污水排放到自然环境中，自然生态系统能够正常地发挥它们的调节功能，靠自然界微生物的分解就可以达到自动处理。但在人口密度提高，工业发达后，污水浓度和排放量不断增加。巨大数量的废水排放到江河湖海中，靠自然界微生物的分解自动处理已经不可能了。这就必须进行人工处理。当前我国虽然有些地方对废水进行了一定程度的处理，但也只是其中的一部分，绝大部分废水未经处理或初步处理就直接排放，污水中的各种指标还远远高于国家规定的排放标准。所以目前我国的各大流域和各大湖泊、海洋水域都存在不同程度的污染，特别是辽河流域、淮河流域、滇池、太湖、巢湖、渤海、胶东湾等地区的水污染尤为严重。由此可见对废水进行一定程度的处理是十分有必要的。

废水的处理方法主要可归结为三类：物理法、化学法和生物法。

目前普遍使用生物法或生物法与其它方法结合。在废水的生物处理中，虽然用于废水处理的生物反应器类型及工艺流程很多（如厌氧-好氧工艺、硫化床工艺、接触氧化法、上流式厌氧污泥床工艺、连续批式反应器工艺等），视废水类型及污染程度而采取不同的处理策略，但其基本原理都是利用处理系统中的各种微生物群落的代谢作用，以去除污水中的污染物。根据处理系统中微生物所处的状况，则可以分为：悬浮细胞法、活性污泥法、生物膜法等[1]。

目前最普遍使用的是活性污泥法，主要是用于去除溶解性和胶体有机物[2]。效率较好的是生物膜法，在特殊行业废水的处理中应用最为常见。

活性污泥(Activated sludge)可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，不论是哪一种，活性污泥都是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的肉眼可见的绒絮状微生物共生体。这样的共生体有很强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以达到处理和净化污水的目的。

活性污泥法是指利用人工驯化培养的菌胶团[3] ——带粘性的，薄膜状的微生物团块，在人工强化的环境中呈悬浮状态生长，分解氧化污水中可降解的有机物质，从而使污水得到净化的方法。是采用人工曝气的手段，使栖息有大量微生物群的絮状泥粒均匀分散并悬浮在反应器中，与废水充分接触，在有溶解氧的条件下，徽生物利用废水中所含的有机物，进行同化合成和异化分解的代谢活动。

活性污泥法也是最常见的污水生物处理方法，可以分为延时曝气，高纯氧，传统，高负荷等[4]。它的基本工艺流程实质是天然水体自净作用的人工化和强化。污水在经过初步沉淀去除各种大块颗粒之后送到好氧反应池，在池中通过曝气或搅拌供给氧气。在活性污泥法中，经处理后排出的水中的大部分活性污泥被沉淀下来返回反应池，这样可以维持很高的微生物密度和活性。当污水停留在好氧反应池期间，一部分有机物被处理成无机物，即矿化；另一部分转化为微生物细胞物质。（流程图见图1）

图1 常规活性污泥法工艺流程

活性污泥法的技术关键在于创造微生物所需的环境条件，使微生物在反应器中正常、良好的生长繁殖。

活性污泥处理系统的目的是使废水得到净化，微生物获得能量合成新的细胞，使活性污泥得到增长。

活性污泥法的特点可以分为以下几点。从氯化法杀死最终出水中病原体效果的角度来看，活性污泥法工艺可以实现更高的SS和BOD去除率。当污水水质发生突然变化而导致滤池内某种细菌物种死亡时，其他仍然存活的细菌物种可通过移动并填补空缺的位置，但活性污泥池存在较高的曝气费用和更为关键的污泥处理费用[5]。

活性污泥法是一个连续的处理过程，因而易于采用计算机控制而实现监控自动化。此外，活性污泥法处理废水的效率可以根据具体条件而作较大的调整，因而可用于处理流速及浓度发生较大变化的污水。活性污泥法被广泛用于处理城市生活污水和各种工业废水。

在活性污泥法中，一般将有机物底物与活性污泥的重量比值(F/M)称为污泥负荷。在污泥负荷范围内，随着污泥负荷升高，处理效率降低，处理水底物浓度升高，且污泥负荷与去除率和出水水质有对应关系[6]。

活性污泥的处理指标有3种，一是污泥沉降比(SV)，指一定量的曝气池混合液静置沉淀30min后，与原混合物的体积比。因为在30min后沉淀物接近最大密度。这直接关系到沉降性，凝聚性差，则上清液浑浊，污泥难以下沉。二是污泥浓度(MLSS)。三是污泥容积指数(SVI)。

活性污泥法的主要问题是产生大量剩余的污泥，需要用其它办法处理。现在世界各国，包括我国都发展了各种处理系统以减少剩余污泥的产量，颗粒活性污泥法就是一种行之有效的方法。这种方法是把活性污泥培养成颗粒状，用颗粒活性污泥完全矿化废水中的有机物，而不形成新的微生物细胞，或者只在颗粒活性污泥内部维持微生物细胞的新老更替[7]。

另外，在活性污泥法中，严重影响处理效果的是污泥的沉降性能。如果活性污泥沉降性能差，由于丝状细菌和真菌的过分繁殖将导致澄清液减少,难于沉淀分离,发生所谓活性污泥膨胀的现象。所谓活性污泥膨胀是指活性污泥质量变轻，体积膨大，沉降性能恶化，在二沉池内不能正常沉淀下来，污泥指数异常增高达400以上。

在大量的实践中总结出如下的几种废水水质情况容易引起污泥膨胀：碳水化合物含量高的废水；陈腐或腐化的废水和含有大量H2S的废水；含有大量可溶性有机物的废水；含有有毒物质的废水；N、P含量不平衡的废水；高或低pH值废水；一些微量元素(如Fe等)缺乏的废水；完全混合曝气池内废水；与城市污水相比较，工业废水更易发生膨胀。

这也分为两种情况，一是好氧池内的污泥负荷较低，丝状菌的比表面积比菌胶团大，在营养料受到限制和控制的状态下，比表面积大的丝状菌在取得底物的能力方面要比菌胶团微生物强，导致污泥膨胀。二是好氧池内的污泥负荷较高，很容易造成好氧池缺氧，在缺氧的条件下，有利于丝状菌的优势生长，导致污泥膨胀。

为维持良好的处理效果，应当避免发生污泥膨胀，因此在活性污泥法中要严格控制进入系统废水的C：N和C：P的比值，并维持较高的溶解氧水平，这样才能维持良好运行状态。产生的活性污泥除一部分回流利用外，其它多余的则需要另外处理。处理的方法是厌氧消化、填埋或干燥。

随着环保要求的提高，工业污水、生活污水的处理率越来越高，由污水处理产生的污泥量也越来越多，这些都需要高效率的污水、污泥处理设备。

先介绍由法国卡波菲尔公司发明的卡波菲尔反应器，是一种高效的污水、污泥处理设备[8]。（结构见图2所示）

图2 卡波菲尔反应器的结构图

该设备属于活性污泥法技术，但卡波菲尔在活性污泥法的三个基本要素：微生物，有机物和氧气的充分混合及接触，对传统的曝气系统进行了革命。根据亨利定律，气体在水中的转移及溶解随水的深度增加而增加。但随着深度的增加，曝气设备的功率将提高，使电耗增加。卡波菲尔反应器不同于常规的曝气设备，其充氧设备的功率不随水深的增加而增加，这一“常压型”的曝气有效地提高了充氧能力。其内部特殊的水力结构，提高了活性污泥和气泡的比表面积，从而大大提高了氧转移率和氧利用率，以及混合强度[9]。

而BIOSTYR(r)则是一种经过改良的新一代上向流曝气生物滤池。它既可以用于污水的二级处理，也可以用于处理出水需要回用等其它要求的污水深度处理，并且能够达到很高的排放水质标准[10]。

具有硝化和反硝化功能的BIOSTYR生物滤池，其曝气管位于滤床中的经过计算的位置，将滤床分为下部厌氧区和上部好氧区，它可以去除所有可降解的污染物，含碳污染物(COD和BOD)，悬浮物(SS)，氨氮和硝酸盐(即总氮)，反冲洗气管位于滤池底部。对于通常的仅需要进行硝化反应(对氨氮有要求)，在曝气和气反冲洗时共用一根位于滤池底部的穿孔管，从而使整个滤床处于好氧状态，它可以去除大部分可降解的污染物，含碳污染物(COD和BOD)，悬浮物(SS)和氨氮。

综上所述，活性污泥法是一种行之有效的处理污泥的方法，也是目前世界上最常用的处理污水的方法。这种方法通过对微生物的驯化和培养，使得污水中的污染物质得到分解，从而得到能够符合排放标准的出水。虽然仍然存在着一些问题，比如说活性污泥膨胀或污泥处理超出污泥负荷等等。我们应该在处理过程中控制活性污泥的生长以及进料的浓度，使反应朝着我们需要的方向进行。一些基于活性污泥法基本机理的设备也已经得到了广泛的运用。

参考文献：

[1] 王小文，张雁秋等著, 水污染控制工程, 煤炭工业出版社, 北京，2002

[2] C.P.Leslie Grady,Lr等著, 张锡辉等译, 废水生物处理, 化学工业出版社，北京，2004.3

[3] 周群英、高廷耀编著，环境工程微生物，高等教育出版社出版，北京，2004

[4] 王宝贞主编, 水污染控制工程, 高等教育出版社, 北京， 1990.4

[5] Edward A Caus著(美)，余刚, 张祖麟等译, 水污染导论, 科学出版社，北京，2004

[6] 唐受印等编, 废水处理工程, 化学工业出版社，北京， 1999

[7] 丁忠浩著, 有机废水处理技术及应用, 化学工业出版社，北京， 2002

[8] 孙仲平等著, 中国水网联盟单位《工业用水与废水》http://www.h2o-china.com/lianmeng/gyysyfs/, 2001第2期

[9] 高廷耀，顾国维等著, 水污染控制工程, 高等教育出版社，北京， 2000

[10] 彭刚 陈晓华著，中国水协设备网 http://www.water-plant.com/，2005-11-17