好氧微生物生長繁殖并凝聚在一起形成菌膠團。在菌膠團上共生著其它微生物(原生動物等)，并吸附和交織著無生命的固體雜質(zhì)而形成活性污泥。好氧活性污泥為褐色，稍有土腥味，具有良好的絮凝吸附性能。在活性污泥的微觀生態(tài)系統(tǒng)中，細菌占主導地位。細菌等微生物的新陳代謝作用，以及菌膠團的吸附絮凝作用使污水中的污染物(有機物等)得以去除。
活性污泥法基本流程
活性污泥法是由曝氣池、二次沉淀池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排除系統(tǒng)所組成，見下圖。
活性污泥法的基本流程
污水和回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(chǎn)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(tài)。這樣，污水中的有機物、氧氣同微生物能充分接觸和反應。隨后混合液流入沉淀池，混合液中的懸浮固體在沉淀池中沉淀下來和水分離。沉淀池出水就是凈化水。沉淀池中的污泥大部分回流，稱為回流污泥。回流污泥的目的是使曝氣池內(nèi)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淀池中排除，以維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放環(huán)境前應進行處理，防止污染環(huán)境。
從上述流程可以看出，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淀性能，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群體，常以菌膠團的形式存在，游離狀態(tài)的較少。菌膠團是由細菌分泌的多糖類物質(zhì)將細菌包覆成的粘性團塊，使細菌具有抵御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。游離狀態(tài)的細菌不易沉淀，而混合液中的原生動物可以捕食這些游離細菌，這樣沉淀池的出水就會更清澈，因而原生動物有利于出水水質(zhì)的提高。
活性污泥降解污水中有機物的過程
活性污泥在曝氣過程中，對有機物的降解(去除)過程可分為兩個階段，吸附階段和穩(wěn)定階段。
1、吸附階段
活性污泥具有巨大的表面積，表面上含有多糖類黏性物質(zhì)，使活性污泥具有很好的吸附性能。污水與活性污泥混合后，污水中固體有機物等污染物首先被吸附轉(zhuǎn)移到活性污泥表面，稱為吸附階段。
吸附階段進行得很快，一般在15~45min左右。吸附量的大小取決于污染物的狀態(tài)。如果污染物以固體或膠體態(tài)存在，吸附量就大;如果以溶解態(tài)存在，吸附量就小。被吸附的污染物有的可生物降解，有的是不可生物降解的有機物和無機物。
2、穩(wěn)定階段
吸附轉(zhuǎn)移到活性污泥表面的污染物被微生物分解轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等簡單化合物及自身細胞，這一過程叫做穩(wěn)定階段。
由于溶解態(tài)有機物能被微生物直接利用，所以溶解態(tài)有機物的降解無需吸附階段，而直接由穩(wěn)定階段完成。穩(wěn)定階段需要的時間較長，尤其是固體和膠態(tài)物質(zhì)的穩(wěn)定需要更長的時間。如果有足夠的時間，在吸附階段吸附的可降解有機物就會在穩(wěn)定階段分解轉(zhuǎn)化掉。
四、活性污泥法的性能指標
性能良好的活性污泥應具有良好的吸附氧化性能和絮凝沉淀性能。吸附氧化性能良好的污泥比較松散，表面積較大，活性和絮凝性能較好，但不一定具有良好的沉淀性能。例如處于膨脹狀態(tài)的污泥結(jié)構(gòu)松散，絮凝性能較好，但難以沉淀，隨水流失，出水水質(zhì)變差。沉淀性能好的污泥絮凝性能一般較好，也比較密實，但不一定有較強的活性。如處于老化狀態(tài)的污泥，絮凝沉淀性能較好，但活性較差。為獲得良好的凈化效果，應使活性污泥具有很強的活性又有很好的沉淀性能。評價活性污泥性能的指標主要有污泥濃度、污泥沉降比、污泥指數(shù)和泥齡等。
1、混合液懸浮固體(MLSS)
混合液懸浮固體也稱污泥濃度，是指單位體積混合液含有的懸浮固體量(MLSS)或揮發(fā)性懸浮固體量(MLVSS)，單位為mg/L根據(jù)長期的運行經(jīng)驗，采用鼓風曝氣的傳統(tǒng)活性污泥曝氣池中，一般控制MLSS=2000~3000mg/L為宜。
MLSS為混合液中無機物、非活性有機物和活性微生物的總濃度;MLVSS為混合液中揮發(fā)性有機物濃度，可以近似代表有機物和微生物的量。雖然污泥濃度(MLSS和MLVSS)不等于活性微生物濃度，但在它們之間有著穩(wěn)定的相關(guān)性，所以可用MLSS(或MLVSS)間接代表活性微生物含量。在其他條件不變的情況下，污泥濃度越高，活性微生物濃度也越高，凈化效果越好。
工程上一般采用MLSS作為間接計量活性污泥微生物量的指標，用(MLVSS)表示更切合實際。對一定的廢水來說，MLVSS與MLSS有一定的比值，如生活污水的比值為0.7左右。其它廢水可通過試驗確定。
2、污泥沉降比(SV)
污泥沉降比指活性污泥混合液靜置沉淀30min，所得污泥層體積與原混合液體積之比(%)
混合液沉淀30min所得污泥層的密度一般接近最大密度，所以30min的沉降比近似等于完全沉降時的沉降比。沉降比的大小同污泥的沉淀性能和污泥濃度有關(guān)，但相關(guān)性比較復雜。污泥濃度(MLSS)相同的混合液，污泥沉降比越大，說明絮體越松散，污泥的沉降性能就越差;污泥沉淀性能相同的混合液，污泥沉降比越大，污泥濃度就越大。所以，對于特定的污泥處理系統(tǒng)，可以用污泥沉降比表示混合液的污泥濃度，并以此控制污泥回流量和剩余污泥排放量。通常，污泥沉降比的正常范圍為15%~30%。污泥沉降比可以全面的反映污泥的沉降性能。
3、污泥體積指數(shù)(SVI)
污泥體積指數(shù)簡稱污泥指數(shù)(SI)，是指曝氣池混合液靜置沉淀30min所得污泥層中，單位質(zhì)量的干污泥所具有的體積，單位為mL/g。如果知道SV和MLSS，便可求出SVI。
SVI—污泥指數(shù)，mL/s;
SV—污泥沉降比，%;
MLSS—污泥濃度，g/mL。
污泥指數(shù)反映了活性污泥的密實性和沉降性能。如果SVI較高，說明污泥松散，沉淀性能較差;如果SVI過高，說明污泥已經(jīng)膨脹，不易沉淀;如果SVI較低，說明污泥比較密實，沉淀性能較好;如果SVI過低，說明污泥細小密實，含無機物較多，已經(jīng)老化，此時雖然有較好的沉淀性能，但活性和吸附性能都較差。
處理城市污水時，一般控制SVI=50~150為宜。不同性質(zhì)污水的正常SVI范圍差異較大。如果污水中溶解性有機物含量高，正常的SVI可能較高;如果污水中無機懸浮物含量高，正常的SVI值可能較低。特定污水的適宜SVI值應由實驗和運行情況確定。污泥指數(shù)能較全面地反映污泥地濃縮性能和沉淀性能。
