摘要：活性污泥法在水污染處理中起著十分重要的作用。這種方法是利用微生物處理水污染的典范，通過培養(yǎng)微生物使出水純凈。現(xiàn)在還有不斷發(fā)展出的新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：活性污泥，活性污泥法，卡波菲爾反應(yīng)器

在20世紀(jì)初，由于全球人口密度還不高，現(xiàn)代化大工業(yè)也未普遍出現(xiàn)，因而那時(shí)的污水濃度很低、數(shù)量也較少。當(dāng)這些污水排放到自然環(huán)境中，自然生態(tài)系統(tǒng)能夠正常地發(fā)揮它們的調(diào)節(jié)功能，靠自然界微生物的分解就可以達(dá)到自動(dòng)處理。但在人口密度提高，工業(yè)發(fā)達(dá)后，污水濃度和排放量不斷增加。巨大數(shù)量的廢水排放到江河湖海中，靠自然界微生物的分解自動(dòng)處理已經(jīng)不可能了。這就必須進(jìn)行人工處理。當(dāng)前我國雖然有些地方對(duì)廢水進(jìn)行了一定程度的處理，但也只是其中的一部分，絕大部分廢水未經(jīng)處理或初步處理就直接排放，污水中的各種指標(biāo)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。所以目前我國的各大流域和各大湖泊、海洋水域都存在不同程度的污染，特別是遼河流域、淮河流域、滇池、太湖、巢湖、渤海、膠東灣等地區(qū)的水污染尤為嚴(yán)重。由此可見對(duì)廢水進(jìn)行一定程度的處理是十分有必要的。

廢水的處理方法主要可歸結(jié)為三類：物理法、化學(xué)法和生物法。

目前普遍使用生物法或生物法與其它方法結(jié)合。在廢水的生物處理中，雖然用于廢水處理的生物反應(yīng)器類型及工藝流程很多（如厭氧-好氧工藝、硫化床工藝、接觸氧化法、上流式厭氧污泥床工藝、連續(xù)批式反應(yīng)器工藝等），視廢水類型及污染程度而采取不同的處理策略，但其基本原理都是利用處理系統(tǒng)中的各種微生物群落的代謝作用，以去除污水中的污染物。根據(jù)處理系統(tǒng)中微生物所處的狀況，則可以分為：懸浮細(xì)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膠體有機(jī)物[2]。效率較好的是生物膜法，在特殊行業(yè)廢水的處理中應(yīng)用最為常見。

活性污泥(Activated sludge)可分為好氧活性污泥和厭氧顆?；钚晕勰?，不論是哪一種，活性污泥都是由各種微生物、有機(jī)物和無機(jī)物膠體、懸浮物構(gòu)成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的肉眼可見的絨絮狀微生物共生體。這樣的共生體有很強(qiáng)的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以達(dá)到處理和凈化污水的目的。

活性污泥法是指利用人工馴化培養(yǎng)的菌膠團(tuán)[3] ——帶粘性的，薄膜狀的微生物團(tuán)塊，在人工強(qiáng)化的環(huán)境中呈懸浮狀態(tài)生長，分解氧化污水中可降解的有機(jī)物質(zhì)，從而使污水得到凈化的方法。是采用人工曝氣的手段，使棲息有大量微生物群的絮狀泥粒均勻分散并懸浮在反應(yīng)器中，與廢水充分接觸，在有溶解氧的條件下，徽生物利用廢水中所含的有機(jī)物，進(jìn)行同化合成和異化分解的代謝活動(dòng)。

活性污泥法也是最常見的污水生物處理方法，可以分為延時(shí)曝氣，高純氧，傳統(tǒng)，高負(fù)荷等[4]。它的基本工藝流程實(shí)質(zhì)是天然水體自凈作用的人工化和強(qiáng)化。污水在經(jīng)過初步沉淀去除各種大塊顆粒之后送到好氧反應(yīng)池，在池中通過曝氣或攪拌供給氧氣。在活性污泥法中，經(jīng)處理后排出的水中的大部分活性污泥被沉淀下來返回反應(yīng)池，這樣可以維持很高的微生物密度和活性。當(dāng)污水停留在好氧反應(yīng)池期間，一部分有機(jī)物被處理成無機(jī)物，即礦化；另一部分轉(zhuǎn)化為微生物細(xì)胞物質(zhì)。（流程圖見圖1）

圖1 常規(guī)活性污泥法工藝流程

活性污泥法的技術(shù)關(guān)鍵在于創(chuàng)造微生物所需的環(huán)境條件，使微生物在反應(yīng)器中正常、良好的生長繁殖。

活性污泥處理系統(tǒng)的目的是使廢水得到凈化，微生物獲得能量合成新的細(xì)胞，使活性污泥得到增長。

活性污泥法的特點(diǎn)可以分為以下幾點(diǎn)。從氯化法殺死最終出水中病原體效果的角度來看，活性污泥法工藝可以實(shí)現(xiàn)更高的SS和BOD去除率。當(dāng)污水水質(zhì)發(fā)生突然變化而導(dǎo)致濾池內(nèi)某種細(xì)菌物種死亡時(shí)，其他仍然存活的細(xì)菌物種可通過移動(dòng)并填補(bǔ)空缺的位置，但活性污泥池存在較高的曝氣費(fèi)用和更為關(guān)鍵的污泥處理費(fèi)用[5]。

活性污泥法是一個(gè)連續(xù)的處理過程，因而易于采用計(jì)算機(jī)控制而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控自動(dòng)化。此外，活性污泥法處理廢水的效率可以根據(jù)具體條件而作較大的調(diào)整，因而可用于處理流速及濃度發(fā)生較大變化的污水?；钚晕勰喾ū粡V泛用于處理城市生活污水和各種工業(yè)廢水。

在活性污泥法中，一般將有機(jī)物底物與活性污泥的重量比值(F/M)稱為污泥負(fù)荷。在污泥負(fù)荷范圍內(nèi)，隨著污泥負(fù)荷升高，處理效率降低，處理水底物濃度升高，且污泥負(fù)荷與去除率和出水水質(zhì)有對(duì)應(yīng)關(guān)系[6]。

活性污泥的處理指標(biāo)有3種，一是污泥沉降比(SV)，指一定量的曝氣池混合液靜置沉淀30min后，與原混合物的體積比。因?yàn)樵?0min后沉淀物接近最大密度。這直接關(guān)系到沉降性，凝聚性差，則上清液渾濁，污泥難以下沉。二是污泥濃度(MLSS)。三是污泥容積指數(shù)(SVI)。

活性污泥法的主要問題是產(chǎn)生大量剩余的污泥，需要用其它辦法處理。現(xiàn)在世界各國，包括我國都發(fā)展了各種處理系統(tǒng)以減少剩余污泥的產(chǎn)量，顆?；钚晕勰喾ň褪且环N行之有效的方法。這種方法是把活性污泥培養(yǎng)成顆粒狀，用顆?；钚晕勰嗤耆V化廢水中的有機(jī)物，而不形成新的微生物細(xì)胞，或者只在顆?；钚晕勰鄡?nèi)部維持微生物細(xì)胞的新老更替[7]。

另外，在活性污泥法中，嚴(yán)重影響處理效果的是污泥的沉降性能。如果活性污泥沉降性能差，由于絲狀細(xì)菌和真菌的過分繁殖將導(dǎo)致澄清液減少,難于沉淀分離,發(fā)生所謂活性污泥膨脹的現(xiàn)象。所謂活性污泥膨脹是指活性污泥質(zhì)量變輕，體積膨大，沉降性能惡化，在二沉池內(nèi)不能正常沉淀下來，污泥指數(shù)異常增高達(dá)400以上。

在大量的實(shí)踐中總結(jié)出如下的幾種廢水水質(zhì)情況容易引起污泥膨脹：碳水化合物含量高的廢水；陳腐或腐化的廢水和含有大量H2S的廢水；含有大量可溶性有機(jī)物的廢水；含有有毒物質(zhì)的廢水；N、P含量不平衡的廢水；高或低pH值廢水；一些微量元素(如Fe等)缺乏的廢水；完全混合曝氣池內(nèi)廢水；與城市污水相比較，工業(yè)廢水更易發(fā)生膨脹。

這也分為兩種情況，一是好氧池內(nèi)的污泥負(fù)荷較低，絲狀菌的比表面積比菌膠團(tuán)大，在營養(yǎng)料受到限制和控制的狀態(tài)下，比表面積大的絲狀菌在取得底物的能力方面要比菌膠團(tuán)微生物強(qiáng)，導(dǎo)致污泥膨脹。二是好氧池內(nèi)的污泥負(fù)荷較高，很容易造成好氧池缺氧，在缺氧的條件下，有利于絲狀菌的優(yōu)勢生長，導(dǎo)致污泥膨脹。

為維持良好的處理效果，應(yīng)當(dāng)避免發(fā)生污泥膨脹，因此在活性污泥法中要嚴(yán)格控制進(jìn)入系統(tǒng)廢水的C：N和C：P的比值，并維持較高的溶解氧水平，這樣才能維持良好運(yùn)行狀態(tài)。產(chǎn)生的活性污泥除一部分回流利用外，其它多余的則需要另外處理。處理的方法是厭氧消化、填埋或干燥。

隨著環(huán)保要求的提高，工業(yè)污水、生活污水的處理率越來越高，由污水處理產(chǎn)生的污泥量也越來越多，這些都需要高效率的污水、污泥處理設(shè)備。

先介紹由法國卡波菲爾公司發(fā)明的卡波菲爾反應(yīng)器，是一種高效的污水、污泥處理設(shè)備[8]。（結(jié)構(gòu)見圖2所示）

圖2 卡波菲爾反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)圖

該設(shè)備屬于活性污泥法技術(shù)，但卡波菲爾在活性污泥法的三個(gè)基本要素：微生物，有機(jī)物和氧氣的充分混合及接觸，對(duì)傳統(tǒng)的曝氣系統(tǒng)進(jìn)行了革命。根據(jù)亨利定律，氣體在水中的轉(zhuǎn)移及溶解隨水的深度增加而增加。但隨著深度的增加，曝氣設(shè)備的功率將提高，使電耗增加。卡波菲爾反應(yīng)器不同于常規(guī)的曝氣設(shè)備，其充氧設(shè)備的功率不隨水深的增加而增加，這一“常壓型”的曝氣有效地提高了充氧能力。其內(nèi)部特殊的水力結(jié)構(gòu)，提高了活性污泥和氣泡的比表面積，從而大大提高了氧轉(zhuǎn)移率和氧利用率，以及混合強(qiáng)度[9]。

而BIOSTYR(r)則是一種經(jīng)過改良的新一代上向流曝氣生物濾池。它既可以用于污水的二級(jí)處理，也可以用于處理出水需要回用等其它要求的污水深度處理，并且能夠達(dá)到很高的排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[10]。

具有硝化和反硝化功能的BIOSTYR生物濾池，其曝氣管位于濾床中的經(jīng)過計(jì)算的位置，將濾床分為下部厭氧區(qū)和上部好氧區(qū)，它可以去除所有可降解的污染物，含碳污染物(COD和BOD)，懸浮物(SS)，氨氮和硝酸鹽(即總氮)，反沖洗氣管位于濾池底部。對(duì)于通常的僅需要進(jìn)行硝化反應(yīng)(對(duì)氨氮有要求)，在曝氣和氣反沖洗時(shí)共用一根位于濾池底部的穿孔管，從而使整個(gè)濾床處于好氧狀態(tài)，它可以去除大部分可降解的污染物，含碳污染物(COD和BOD)，懸浮物(SS)和氨氮。

綜上所述，活性污泥法是一種行之有效的處理污泥的方法，也是目前世界上最常用的處理污水的方法。這種方法通過對(duì)微生物的馴化和培養(yǎng)，使得污水中的污染物質(zhì)得到分解，從而得到能夠符合排放標(biāo)準(zhǔn)的出水。雖然仍然存在著一些問題，比如說活性污泥膨脹或污泥處理超出污泥負(fù)荷等等。我們應(yīng)該在處理過程中控制活性污泥的生長以及進(jìn)料的濃度，使反應(yīng)朝著我們需要的方向進(jìn)行。一些基于活性污泥法基本機(jī)理的設(shè)備也已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 王寶貞主編, 水污染控制工程, 高等教育出版社, 北京， 1990.4

[5] Edward A Caus著(美)，余剛, 張祖麟等譯, 水污染導(dǎo)論, 科學(xué)出版社，北京，2004

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[8] 孫仲平等著, 中國水網(wǎng)聯(lián)盟單位《工業(yè)用水與廢水》http://www.h2o-china.com/lianmeng/gyysyfs/, 2001第2期

[9] 高廷耀，顧國維等著, 水污染控制工程, 高等教育出版社，北京， 2000

[10] 彭剛 陳曉華著，中國水協(xié)設(shè)備網(wǎng) http://www.water-plant.com/，2005-11-17