活性污泥法工藝是一種應(yīng)用廣泛的廢水好氧生化處理技術(shù)，其主要由曝氣池、二次沉淀池、曝氣系統(tǒng)以及污泥回流系統(tǒng)等組成。廢水經(jīng)初次沉淀池后與二次沉淀池底部回流的活性污泥同時進(jìn)入曝氣池，通過曝氣，活性污泥呈懸浮狀態(tài)，并與廢水充分接觸。
廢水中的懸浮固體和膠狀物質(zhì)被活性污泥吸附，而廢水中的可溶性有機(jī)物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的營養(yǎng)，代謝轉(zhuǎn)化為生物細(xì)胞，并氧化成為最終產(chǎn)物(主要是CO2)。非溶解性有機(jī)物需先轉(zhuǎn)化成溶解性有機(jī)物，而后才被代謝和利用。廢水由此得到凈化。凈化后廢水與活性污泥在二次沉淀池內(nèi)進(jìn)行分離，上層出水排放；分離濃縮后的污泥一部分返回曝氣池，以保證曝氣池內(nèi)保持一定濃度的活性污泥，其余為剩余污泥，由系統(tǒng)排出。
活性污泥的形態(tài)和組成
活性污泥通常為黃褐色(有時呈鐵紅色)絮絨狀顆粒，也稱為“菌膠團(tuán)”或“生物絮凝體”，其直徑一般為0.02~2mm；含水率一般為99.2%~99.8%，密度因含水率不同而異，一般為1.002~1.006g/m3；活性污泥具有較大的比表面積，一般為20~100cm2/mL。
活性污泥由有機(jī)物及無機(jī)物兩部分組成，組成比例因污泥性質(zhì)的不同而異。例如，城市污水處理系統(tǒng)中的活性污泥，其有機(jī)成分占75%~85%，無機(jī)成分僅占15%~25%。活性污泥中有機(jī)成分主要由生長在活性污泥中的微生物組成，這些微生物群體構(gòu)成了一個相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈(如圖2-5-2所示)，其中以各種細(xì)菌及原生動物為主，也存在著真菌、放線菌、酵母菌以及輪蟲等后生動物。在活性污泥上還吸附著被處理的廢水中所含有的有機(jī)和無機(jī)固體物質(zhì)，在有機(jī)固體物質(zhì)中包括某些惰性的難以被細(xì)菌降解的物質(zhì)。
活性污泥的性能指標(biāo)
(1) 污泥濃度指標(biāo)
混合液懸浮固體濃度(MLSS)，也稱為“混合液污泥濃度”，表示活性污泥在曝氣池混合液中的濃度，其單位為mg/L或kg/m3?；旌弦簱]發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS),表示有機(jī)懸浮固體的濃度，其單位為爪mg/L或kg/m3。在條件一定時，MLVSS/MLSS比值是比較穩(wěn)定的，城市污水一般在0.75~0.85之間，不同廢水的MLVSS/MLSS值有異。
(2) 污泥沉降性能指標(biāo)
①污泥沉降比(SV)又稱30min沉淀率。SV是指從曝氣池中取出的混合液在量筒(一般是100mL)中靜置30min后，立即測得的污泥沉淀體積與原混合液體積的比值，一般以%表示。SV值能相對地反映出污泥濃度、污泥的凝聚和沉降性能，可用于控制排泥量和及時發(fā)現(xiàn)初期的污泥膨脹。一般認(rèn)為SV值的正常值為20%~30%。由于SV值的測定方法比較簡單快捷，故成為評定活性污泥質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。
?、谖勰囿w積指數(shù)(SVI)是指曝氣池出口處的混合液經(jīng)30min靜置沉淀后，1g干污泥所形成的沉淀污泥體積，其單位mL/g其計算為：
SVI值比SV值更能夠準(zhǔn)確地評價污泥的凝聚性能及沉降性能。一般來說：若SVI值過低，則表明污泥粒徑小、密實(shí)、無機(jī)成分含量高；若SVI值過高，則表明污泥沉降性能不好，將要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生污泥膨脹。
對于城市污水而言，SVI值一般為50~150mL/g；對于工業(yè)廢水，SVI值在上述范圍之外，也屬正常。例如，北京高碑店污水廠工業(yè)廢水的含量超過50%，SVI長年在200~300mL/g之間，也無污泥溢出現(xiàn)象，處理效果良好。另外，對于高濃度活性污泥系統(tǒng)，即使污泥沉降性能較差，由于MLSS其較高，故其SVI值也不會很高。
因此有人建議將活性污泥膨脹定義為：由于某種原因，活性污泥沉降性能惡化，SVI值不斷增加，沉淀池的污泥面也不斷上升，最終導(dǎo)致污泥流失，使曝氣池中的MLSS濃度降低，從而破壞了正常處理工藝操作的污泥，這種現(xiàn)象稱為污泥膨脹。
另外，由于SVI值的測量受許多因素(如所用容器的直徑、污泥初始濃度及攪拌等)的影響，所以，一般在各個污水廠測得的SVI值之間不具可比性。為此人們對污泥指數(shù)的測定提出一些修正，考慮到污泥濃度對SVI值的影響，有人建議采用稀釋的污泥體積指數(shù)(DSVI)作為標(biāo)準(zhǔn)方法，建議稀釋后的污泥濃度采用1.5g/L。而在英國是采用攪拌的污泥體積指數(shù)(SSVI)，模擬二次沉淀池中污泥的沉淀情況，安裝一個慢速攪拌裝置于量簡(體積為1L，髙度為38.4cm)中，污泥濃度也模擬在二沉池中實(shí)際的污泥濃度，取為3.5g/L。
活性污泥的微生物及其生態(tài)學(xué)
活性污泥中的微生物體主要由各種細(xì)菌和原生動物組成，同時還存在著真菌和以輪蟲為主的后生動物。原生動物以細(xì)菌為食物，后生動物以細(xì)菌和原生動物為食物。在活性污泥中的有機(jī)物、細(xì)菌、原生動物和后生動物構(gòu)成了一個相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈。
1.活性污泥的食物鏈
活性污泥中的微生物可分為幾類：形成活性污泥絮體的微生物、腐生生物、捕食者及有害生物。
腐生生物是降解有機(jī)物的生物，以細(xì)菌為主。顯然，這些細(xì)菌中包括被看作形成絮體的大多數(shù)細(xì)菌，也可能包括不絮凝的細(xì)菌，但它們被包裹在由第一類細(xì)菌形成的絮體顆粒中。腐生生物可分為初級和二級腐生生物，前者用于降解原始基質(zhì)，而二級腐生生物則以初級腐生生物的代謝產(chǎn)物為食，這充分表明在群落中具有高度的偏利共生性。
在活性污泥的群落中主要的捕食者是以細(xì)菌為食的原生動物及后生動物，在數(shù)量上，大約為103個/mL。在活性污泥中大約發(fā)現(xiàn)230多種原生動物，它們在系統(tǒng)中可能占生物固體量的5%。其中，纖毛蟲幾乎都捕食細(xì)菌，通常為占優(yōu)勢的原生動物。由于原生動物及后生動物的數(shù)量會隨著污水處理的運(yùn)行條件及處理水質(zhì)的變化而變化，所以，可以通過顯微鏡觀察活性污泥中的原生動物及后生動物的種類來判斷處理水質(zhì)的好壞。因此，一般將原、后生動物稱為活性污泥系統(tǒng)中的指示性生物。