活性污泥

微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称

活性污泥(activesludge)是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称，1912年由英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现，活性污泥可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，活性污泥主要用来处理污废水。活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机污水的一类好氧处理方法。

产生背景

活性污泥是一种好氧生物处理方法，活性污泥基本概念是1912年英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现的。他们对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。继而阿尔敦（Arden）和洛开脱（Lockgtt）对这一现象进行了研究。

曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们偶然发现，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，处理效果反而好。由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把它称为活性污泥。

随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。

1916年，应用这个试验的工艺建成的第一个活性污泥法污水处理厂。在显微镜下观察这些褐色的絮状污泥，可以见到大量的细菌，还有真菌，原生动物和后生动物，它们组成了一个特有的生态系统。正是这些微生物（主要是细菌）以污水中的有机物为食料，进行代谢和繁殖，才降低了污水中有机物的含量。

工作原理

活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。最先担当净化任务的是异养菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起着最关键的作用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌一次捕食者。活性污泥常见的原生动物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫和吸管虫。活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势；后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。其性能指标包括：混合液悬浮固体（MLSS），污泥沉降比（SV），污泥指数[污泥体积指数（SVI），污泥密度指数（SDI）。

性能指标

微生物群体主要包括细菌，原生动物和藻类等．其中，细菌和原生动物是主要的二大类．活性污泥的性能指标包括：混合液悬浮固体（MLSS），污泥沉降比（SV），污泥指数[污泥体积指数（SVI），污泥密度指数（SDI）。

混合液悬浮固体浓度（mixed liquor suspended solids，MLSS），又称为混合液污泥浓度，表示在曝气池单位容积混合液内所含的活性污泥固体的总重量，即 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii

Ma--具有代谢功能活性的微生物群体；

Me--微生物（主要是细菌）内源代谢、自身氧化的残留物；

Mi --由原污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物质；

Mii--由污水挟入的无机物质。

表示单位为mg/L混合液，或g/L混合液，g/m3混合液，kg/m3混合液。

混合液挥发性悬浮固体浓度（mixed liquor volatile suspended solids，MLVSS），表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度，即

MLVSS=Ma+Me+Mi

MLVSS与MLSS的比值以f表示，即

f=MLVSS/MLSS

在一般情况下，f值比较固定，对生活污水，f值为0.75左右。以生活污水为主体的城市污水也同此值。

以上两项指标都不能精确地表示活性污泥微生物量，而表示的是活性污泥的相对值。但因为其测定简便易行，广泛应用于活性污泥处理系统的设计、运行。

污泥沉降比（settling velocity，SV），又称30min沉降率。混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以%表示。

污泥容积指数（sludge volume index，SVI），简称污泥指数，其物理意义是在曝气池出口处的混合液，在经过30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，以mL计。

污泥容积指数的计算式为：

SVI= 混合液（1L）30min静沉形成的活性污泥容积（mL）/混合液（1L）中悬浮固体干重（g）

=(SV（mL/L）)/(MLSS（g/L）)

SVI的表示单位为mL/g，习惯上只称数字，而把单位略去。

影响因素

能够影响微生物生理活动的因素比较多，其中主要有：营养物质、温度、PH值、溶解氧以及有毒物质等。

环境因素

影响活性污泥性能的环境因素：

溶解氧——溶解氧浓度以不低于2mg/L为宜（2—4mg/L）。水温——维持在15～25℃，低于5℃微生物生长缓慢。营养料——细菌的化学组成实验式为C5H7O2N，霉菌为C10H17O6原生动物为C7H14O3N，所以在培养微生物时，可按菌体的主要成分比例供给营养。微生物赖以生活的主要外界营养为碳和氮，此外，还需要微量的钾，镁，铁，维生素等。

碳源--异养菌利用有机碳源，自养菌利用无机碳源。氮源--无机氮（NH3及NH4+）和有机氮（尿素，氨基酸，蛋白质等）。

一般比例关系：BOD：N：P=100：5：1

好氧生物处理：BOD5=500——1000mg/l

微生物的组成主要有六种：

由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架。

营养物质

参与活性污泥处理的微生物，在其生命活动过程中，需要不断从周围环境的污水中吸取其所必须的营养物质，包括：碳源、氮源、无机盐类以及某些生长素等。待处理的污水中必须充分含有这些物质。

碳是构成微生物细胞的重要物质，参与活性污泥处理的微生物对碳源需求量较大，一般以BOD5计，不应低于100mg/L。生活污水碳源比较充足，对于一些碳源不足的工业废水则应补充碳源，如生活污水或是淀粉等。

氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸的重要元素，氮源可来自N2、NH3、NO3等无机氮化合物，也可以来自蛋白质胨（音dong）以及氨基酸等有机含氮化合物。生活污水中氮源充足，不需要另行投加；工业废水则应考虑含氮是否充足，必要时可投加尿素、硫酸铵等。

磷是合成核蛋白、卵磷脂以及其他磷化合物的重要元素，在微生物的代谢和物质转化中起重要作用。辅酶I、辅酶II、磷酸腺苷等都含有磷。微生物主要从无机磷化合物中获取磷。磷源不足将影响酶的活性，从而使微生物的生理功能受到影响。

一般三大营养物质（碳源、氮源、磷源）比例关系为BOD：N：P=100：5：1

硫是合成细胞蛋白质不可缺少的元素，辅酶A也含有硫。

钠在微生物细胞中调节细胞和污水之间渗透压所必需的。

钾是多种酶的激化剂，具有促进蛋白质和糖的合成作用，还能控制细胞质的胶态和细胞质膜的渗透性。

钙具有降低细胞质的透性，调节酸碱度以及中和其他阳离子所造成的危害。

镁在细胞质合成及糖的分解中起着活化作用，参与菌绿素的合成。

铁是细胞色素氧化酶和过氧化氢结构的一部分，在氧的活化过程中，起着重要的催化作用。

溶解氧

参与污水活性污泥处理的是以好氧菌为主体的微生物种群。根据运行经验数据，曝气池中溶解氧浓度以不低于2mg/L为宜（以出口处为准）。局部区域有机污染物浓度高、耗氧速率高，溶解氧浓度不易保持2mg/L，可以有所降低，但不宜低于1mg/L。

PH值

微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。参与污水生物处理的微生物，一般最佳的pH值范围，介于6.5～8.5之间。

水温

温度作用非常重要。参与活性污泥处理的微生物，多属嗜温菌，其适宜温度在10～45摄氏度，为安全计，一般将活性污泥处理的温度控制在15～35摄氏度，低于5摄氏度微生物生长缓慢。

有毒物质

“有毒物质”是指对微生物生理活动具有抑制作用的某些无机质及有机质，主要有重金属离子（如锌，铜，镍，铅，铬等）和一些非金属化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。有毒物质对微生物毒害作用，有一个量的概念，只有在有毒物质在环境中达到某一浓度时，毒害和抑制作用才显现出来。污水中的各种有毒物质只要低于这一浓度，微生物的生理功能不受影响。有毒物质的作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其他有毒物质及微生物的数量以及是否经过驯化等因素有关。

废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理，厌氧活性污泥的性质和组成如下：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。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；颗粒厌氧活性污泥的直径在0．5mm以上。

操作流程

曝气

曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中有机污染物物质充分混合接触，并进而降解吸收并分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。曝气系统的作用是向曝气池供给微生物增长及分解有机物所必须的氧气，并起混合搅拌作用，使活性污泥与有机物充分接触。在曝气池内，悬浮的大量肉眼可观察到的絮状污泥颗粒这就叫做活性污泥絮体。随着有机污染物被分解，曝气池每天都净增一部分活性污泥，这部分叫做剩余活性污泥。用污泥泵直接排出系统之外---污泥池。

培养

活性污泥培养初期，每天闷曝22h，静置2h，排放4L废水，再加入4L自配水。7天后，污泥颜色呈黑色，沉降性能良好，出水混浊，测量MLSS、SV的值，反应过程中pH值、COD、NH3-N浓度没有较大的变化，说明培养出的细菌量较少。14天后，污泥呈浅黑色，沉淀时泥水界面由开始模糊逐渐变得边缘清晰，镜检时可以观察到草履虫、漫游虫、裂口虫、吸管虫等。随着生物相逐渐变好，预示菌种培养出来了。测量MLSS、SV的值，COD和NH3-N去除率分别达到43%和10%，污泥活性还不强，需要继续培养。此后，每天运行两周期，每周期曝气10h，静置2h。30天后，污泥的絮凝和沉淀性能良好，混合液静置半小时，上清液清澈透明，泥水界面清晰，污泥呈黄褐色，镜检有大量新型菌胶团，较为密实，可以观察到许多活跃的钟虫。测量污泥MLSS、SV的值，COD去除率达到90%以上，NH3-N去除率在30%以上，污泥活性较强,至此认为培养阶段结束。

驯化

活性污泥培养出来的活性污泥含有大量异养菌，而硝化菌是自养菌，污泥中含量非常少，需要进一步进行驯化，使之占优。与硝化菌相比，反硝化菌对环境的适应能力强，生长和繁殖快，所以在一般情况下反硝化菌受到废水物质的抑制程度要比硝化菌小。在活性污泥的驯化过程中，每隔两天提高一次进水COD和NH3-N浓度。污泥驯化初期，COD去除率为85.59%，而NH3-N去除率仅为23.21%。这是因为异养菌占优势，生长速率快，硝化菌世代时间长，生长速率慢，含量较少，与异养菌竞争处于不利地位，硝化反应速率低。4天后，NH3-N去除率明显升高，达到了46.70%，这说明系统中的硝化菌逐渐占优势，但NH3-N处理效果还不很理想，还需要继续驯化。使得NH3-N的去除率在90%以上，系统取得了良好的脱氮效果，达到驯化目的。

基本流程

活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。曝气设备不仅传递氧气进入混合液，且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态。这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。随后混合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离。流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。要使活性污泥法形成一个实用的处理方法，污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。活性污泥中的细菌是一个混合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。菌胶团是活性污泥絮凝体的主要组成部分。游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清彻，因而原生动物有利于出水水质的提高。

监测项目

（1）反映污泥性质的项目污泥沉降比--以SV<30%为好；污泥体积指数--SVI=50～150，SVI=100最好，SVI达到200以上则污泥可能膨胀，

（2）反映污泥营养的项目属于污泥营养的测定项目有：BOD5；出水氨氮(至少1mg/L)；出水磷(至少1mg/L)；二沉池出水DO不低于0.5mg/L。

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

（4）反映污泥环境条件水温、pH值、BOD5、CoDcr、有毒物质、CN-、S2-、SS、NO3-、NO2-等。

工艺控制

活性污泥系统在实际运行中，污水的水质及水量在不断的变化，环境条件也在不断的变化，这就需要按照活性污泥中的微生物的代谢规律进行调节控制，使系统处在最佳运行状态，发挥最大的效益，进一步提高出水水质。

异常处理方法

1．曝气池有臭味曝气池供氧不足，DO值（溶解氧）偏低出水氨氮有时较高加大曝气

2.污泥发黑曝气池DO过小，有机物厌氧分解H2S与F作用生成FS加大曝气量

3.细小污泥漂浮污泥缺乏营养进水氨氮过高，C/N不合适水温超过40°投加营养按BOD5：N：P=100：5：1测定进水氨氮，稀释进水

4.上清液浑浊出水水质差F/M（污泥有机负荷）过高有机物氧化不彻底污泥浓度不够减少进水量培养成熟的活性污泥（引进新活性污泥投入曝气池）

5.曝气池表面出现浮渣进水洗涤剂含量过高或丝状菌过量生长清除浮渣增加系统剩余污泥的排放

6.污泥未成熟，絮粒瘦小，出水浑浊，水质差污水中营养不平衡或不足PH值不适投加营养按BOD5：N：P=100：5：1调整PH值，培养成熟的活性污泥（入曝气池）

7.表面积累一层解絮污泥污泥解絮，出水水质恶化或PH值异常停止进水，排泥后投加营养引进新活性污泥

8.曝气池泡沫过多，呈白色进水中洗涤剂过多加消泡剂(机油或煤油)

9.曝气池泡沫不易破碎，发粘进水负荷过高，有机物分解不彻底降低负荷

10.曝气池泡沫呈茶色或灰色污泥老化，泥龄过长，解絮污泥附于泡沫上增加排泥量

11.污泥层（泥面）升高SVI值高，污泥沉降性差泥龄太长投入混凝剂（PAC）增加排泥量

12.污泥色泽转淡曝气池供氧过大，污泥负荷太低，进水营养不足，污泥自身氧化分解减少曝气量加大进水量投加营养（N，P）按BOD5：N：P=100：5：1

相关政策

根据现行的《城市污水处理及污染防治技术政策》： 1、城市污水处理产生的污泥，应采用厌氧、好氧和堆肥等方法进行稳定化处理。也可采用卫生填埋方法予以妥善处置。 2、日处理能力在10万立方米以上的污水二级处理设施产生的污泥，宜采取厌氧消化工艺进行处理，产生的沼气应综合利用。日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施产生的污泥，可进行堆肥处理和综合利用。采用延时曝气的氧化沟法，SBR法等技术的污水处理设施，污泥需达到稳定化。采用物化一级强化处理的污水处理设施，产生的污泥须进行妥善的处理和处置。 3、经过处理后的污泥，达到稳定和无害化要求的，可农田利用；不能农田利用的污泥，应按有关标准和要求进行卫生填埋处置。

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