活性污泥的工作原理、操作流程

活性污泥(activesludge)是微生物群體及它們所依附的有機物質和無機物質的總稱，1912年由英國的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）發現，活性污泥可分為好氧活性污泥和厭氧顆粒活性污泥，活性污泥主要用來處理污廢水。活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮體處理有機污水的一類好氧處理方法。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）和洛開脫（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，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附著污泥時，處理效果反而好。由于認識了瓶壁留下污泥的重要性，他們把它稱為活性污泥。
隨后，他們在每天結束試驗前，把曝氣后的污水靜止沉淀，只倒上層凈化清水，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*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，原生動物和后生動物，它們組成了一個*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。工作原理活性污泥中復雜的微生物與廢水中的有機營養物形成了復雜的食物鏈。先擔當凈化任務的是異氧菌和腐生性真菌，細菌特別是球狀細菌起著關鍵的作用，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，隨著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。活性污泥成熟時固著型的纖毛蟲、種蟲占優勢；后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，所以當出現后生動物時說明處理水質好轉標志。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）。
微生物群體主要包括細菌，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群體；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+MiMLVSS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，廣泛應用于活性污泥處理系統的設計、運行。
污泥沉降比（settling velocity，SV），又稱min沉降率。混合液在量筒內靜置min后所形成沉淀污泥的容積占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min靜沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容積，以mL計。污泥容積指數的計算式為：SVI= 混合液（1L）min靜沉形成的活性污泥容積（mL）/混合液（1L）中懸浮固體干重（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。操作流程曝氣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，并進而降解吸收并分解的場所，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，并起混合攪拌作用，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。隨著有機污染物被分解，曝氣池每天都凈增一部分活性污泥，這部分叫做剩余活性污泥。用污泥泵直接排出系統之外---污泥池。培養培養初期，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，說明培養出的細菌量較少。14天后，污泥呈淺黑色，沉淀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、漫游蟲、裂口蟲、吸管蟲等。隨著生物相逐漸變好，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。此后，每天運行兩周期，每周期曝氣10h，靜置2h。天后，污泥的絮凝和沉淀性能良好，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%以上，污泥活性較強,至此認為培養階段結束。馴化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，使之占優。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%。這是因為異養菌占優勢，生長速率快，硝化菌世代時間長，生長速率慢，含量較少，與異養菌競爭處于不利地位，硝化反應速率低。4天后，NH3-N去除率明顯升高，達到了46.70%，這說明系統中的硝化菌逐漸占優勢，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，系統取得了良好的脫氮效果，達到馴化目的。