活性污泥法實(shí)質(zhì)上是天然水體自?xún)糇饔玫娜斯娀軓奈鬯腥コ芙鈶B(tài)和膠體態(tài)的可生物降解有機物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他物質(zhì)。具有對水質(zhì)水量的適應性廣、運行方式靈活多樣、可控制性好等特點(diǎn)，已成為生物處理方法的主體。
一、基本原理
活性污泥是由細菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體與污水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的、具有很強的吸附分解有機物能力和良好沉降性能的絮絨狀污泥顆粒，因具有生物化學(xué)活性，所以被稱(chēng)為活性污泥。
活性污泥的性狀
從外觀(guān)上看，活性污泥是像礬花一樣的絮絨顆粒，又稱(chēng)生物絮凝體，絮凝體直徑一般為0.02——0.2 mm,在靜置時(shí)可立即凝聚成較大的絨粒而下沉。活性污泥的顏色因污水水質(zhì)不同而異，一般為黃色或茶褐色，供氧不足或出現厭氧狀態(tài)時(shí)呈黑色，供氧過(guò)多營(yíng)養不足時(shí)星灰白色，略顯酸性，稍具土壤的氣味并夾帶些霉臭味。
活性污泥含水率很高，一般都在99%以上，其比重因含水率不同而異，曝氣池混合液相對密度為1.002——1.003，而回流污泥相對密度為1.004——1.006.活性污泥表面積一般為20—— 100 cm2/mL。
活性污泥的組成
活性污泥中的固體物質(zhì)不到1%，由有機物和無(wú)機物兩部分組成，其組成比例則因原污水性質(zhì)不同而異。有機組成部分主要為棲息在活性污泥中的微生物群體，還包括入流污水中的某些惰性的難被細菌攝取利用的所謂“難降解有機物”、微生物自身氧化的殘留物。
活性污泥微生物群體是一個(gè)以好氧細菌為主的混合群體，其他微生物包括酵母菌、放線(xiàn)菌、霉菌以及原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等，正常活性污泥的細菌含量一般為107——108 個(gè)/mL，原生動(dòng)物為100個(gè)/mL左右。
在活性污泥微生物中，原生動(dòng)物以細菌為食，而后生動(dòng)物以原生動(dòng)物、細菌為食，它們之間形成一條食物鏈，組成了一個(gè)生態(tài)平衡的生物群體。活性污泥細菌常以菌膠團的形式存在，呈游離狀態(tài)的較少，這使細菌具有抵御外界不利因素的性能。
游離細菌不易沉淀，但可被原生動(dòng)物捕食，從而使沉淀池的出水更清澈。活性污泥的無(wú)機組成部分則全部是由原污水挾入，至于微生物體內存在的無(wú)機鹽類(lèi)，由于數量極少，可忽略不計。
總之，活性污泥由下列四部分物質(zhì)所組成:
①具有代謝功能活性的微生物群體(M);
②微生物(主要是細菌)自身氧化殘留物(M);
③由原污水挾入的難生物降解有機物(M;);
④由原污水挾入的無(wú)機物質(zhì)(M;)。其中活性微生物群體是活性污泥的主要組成部分。
二、活性污泥凈化反應過(guò)程
活性污泥凈化反應過(guò)程比較復雜，既有活性污泥本身對有機污染物的吸附、絮凝等物理、化學(xué)或物理化學(xué)過(guò)程，也有活性污泥內微生物對有機污染物的生物轉化、吸收等生物或生物化學(xué)過(guò)程，大致可以分為以下兩個(gè)階段。
初期吸附去除階段
在污水與活性污泥接觸、混合后的較短時(shí)間(5——10 min)內，污水中的有機污染物，尤其是呈懸浮態(tài)和膠體態(tài)的有機物，表現出高的去除率，這種初期高速去除現象是物理吸附和生物吸附綜合作用的結果。
在此過(guò)程中，混合液中有機底物迅速減少，BOD迅速降低，見(jiàn)圖2中吸附區曲線(xiàn)。這是由于活性污泥的表面積大，并且在表面上富集著(zhù)大量的微生物，外部覆蓋著(zhù)多糖類(lèi)的黏質(zhì)層，當污水中懸浮態(tài)、膠體態(tài)的有機底物與活性污泥絮體接觸時(shí)，便被迅速凝聚和吸附去除。這種現象就是“ 初期吸附去除”作用。
初期吸附過(guò)程進(jìn)行得很快，一般在30 min內便能完成，污水BOD的吸附去除率可達70%，對于含懸浮態(tài)和膠體態(tài)有機物較多的污水，BOD可下降80%——90%。初期吸附速度主要取決于微生物的活性和反應器內水力擴散程度與水力動(dòng)力學(xué)規律，前者決定活性污泥微生物的吸附、凝聚效能，后者則決定活性污泥絮體與有機底物的接觸程度。
活性污泥微生物的高吸附活性取決于較大的比表面積和適宜的微生物增殖期，一般而言，處于“饑餓”狀態(tài)的內源呼吸期微生物，其吸附活性最強。
代謝穩定階段
被吸附在活性污泥微生物細胞表面的有機污染物，在透膜酶的作用下，溶解態(tài)和小分子有機物直接透過(guò)細胞壁進(jìn)入細胞體內，而膠體態(tài)和懸浮態(tài)的大分子有機物如淀粉、蛋白質(zhì)等則先在細胞外酶一水解酶的作用 下，被水解為溶解態(tài)小分子后再進(jìn)入細胞體內，此時(shí)水解產(chǎn)生的部分溶解性簡(jiǎn)單有機物會(huì )擴散到混合液中，造成混合液BOD值升高，如圖2中胞外水解區曲線(xiàn)所示。
進(jìn)入細胞體內的有機污染物，在各種胞內酶(如脫氫酶、氧化酶等)的催化作用下，被氧化分解為中間產(chǎn)物，有些中間產(chǎn)物合成為新的細胞物質(zhì)，另一些則氧化為穩定的無(wú)機產(chǎn)物，如CO2和H2O等，并釋放能量供合成細胞所需，這個(gè)過(guò)程即物質(zhì)的氧化分解過(guò)程，也稱(chēng)穩定過(guò)程。在此過(guò)程中，不穩定的高分子有機物質(zhì)通過(guò)生化反應被轉化為簡(jiǎn)單穩定的低分子無(wú)機物質(zhì)，混合液BOD逐漸降低， 如圖2中胞內生物氧化區曲線(xiàn)所示。穩定過(guò)程所需時(shí)間取決于有機物的轉化程度，要比吸附過(guò)程長(cháng)得多。
