全面解析活性污泥法工艺的原理

在活性污泥的群落中主要的捕食者是以细菌为食的原生动物及后生动物，在数量上，大约为103个/mL。在活性污泥中大约发现230多种原生动物，它们在系统中可能占生物固体量的5%。其中，纤毛虫几乎都捕食细菌，通常为占优势的原生动物。

由于原生动物及后生动物的数量会随着污水处理的运行条件及处理水质的变化而变化，所以，可以通过显微镜观察活性污泥中的原生动物及后生动物的种类来判断处理水质的好坏。因此，一般将原、后生动物称为活性污泥系统中的指示性生物。

所谓的有害生物是指那些达到一定数目时就会干扰活性污泥处理系统正常运行的生物。通常认为，丝状菌及真菌对污泥沉淀效果有影响。即使当丝状生物的数量在整个生物群落中所占的百分比很小时，污泥絮体的实际密度也会降低很多，以致于污泥很难用重力沉淀法来有效地进行分离，从而最终影响出水水质，这种情况通常叫做丝状菌污泥膨胀（简称污泥膨胀）。目前人们已知有近30种不同类型的丝状菌会引起污泥膨胀。

2.活性污泥的结构

在活性污泥工艺中，将千万个细菌结合在一起形成絮凝体状的细菌称为菌胶团细菌。菌胶团细菌在活性污泥中具有十分重要的作用，只有在菌胶团发育良好的条件下，活性污泥的絮凝、吸附及沉降等功能才能正常发挥。形成絮体的细菌在处理过程中起着非常重要的作用，它们有助于从处理过的废水中分离污泥。

通过对活性污泥中种群动态学的研究，人们认识到，活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌形成一个共生的微生物体系。当活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌处于平衡状态时，丝状菌作为污泥絮体的骨架，菌胶团细菌附着在其表面，形成结构紧密、沉降性能良好的污泥絮体。

随着絮体尺寸增大到某一临界值后，絮体内部条件不利于菌胶团细菌和丝状菌的繁殖，丝状菌伸展出来，沉降性能开始变差。后来，污泥絮体开始解体，污泥的沉降性能更差。破碎后的小指状污泥又利于菌胶团细菌的生长，此时扩散能力改善，菌胶团细菌又可直接从溶液中吸取营养和基质，故又可出现菌胶团细菌和丝状菌的生长平衡状态，如此完成絮体形态上的一个循环。

由此可见，菌胶团细菌和丝状菌的共生体系是一种接近于自然界的混合培养体系，存在着这两类微生物之间在时间和空间上的动态生态学的相互作用。在该体系中，丝状菌的重要作用有：

(1)保持污泥絮体的结构，形成沉淀性能良好的污泥从Seagin等人关于絮体结构的学说中可知，由丝状菌形成污泥絮体的骨架，这对于保证污泥絮体的强度有很大作用；若缺少丝状菌,则污泥絮体强度降低，抗剪力变差，往往会造成出水的混浊。

⑵高的净化效率，低的出水浓度从动力学参数方面比较，丝状菌的Ks及μmax均比菌胶团的低，而按莫诺德(Monod)方程，由于菌胶团的Ks,、μmin大于丝状菌的，因而菌胶团的Smin值也高于丝状菌的；可见在丝状菌存在（但不是大量存在）的条件下可以获得高质量、低浓度的出水，从而保证了净化效果。

(3)保持丝状菌和菌胶团菌的共生关系从大量的实际工程运转资料可以得出，活性污泥中丝状菌含量太高或太低均不适宜。前者虽能使出水浓度低，但沉淀性能差；后者沉降性能好，但出水中含有较多的细小悬浮物。

但如果采用一定的方法，使曝气中的生态环境有利于选择性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度生长和繁殖，从而利于控制污泥膨胀的发生发展，称之为环境调控。总之，废水处理的最终目标是出水清澈、沉降性能好，为实现这一目标，应合理地控制丝状菌，使其在一个合理的范围之内。

3. 活性污泥的功能

活性污泥中存在大量的腐生生物，其主要功能是降解有机物。细菌是有机物的净化功能中心。同时，活性污泥中还存在硝化细菌与反硝化细菌。其在生物脱氮中起着非常重要的作用。尤其在废水中氮的去除日益受到重视的形势下，这两类菌及它们之间的关系就显得更重要了。

进行硝化作用的微生物有：

(1)亚硝化细菌和硝化细菌，它们均为化能自养菌，专性好氧，分别从氧化NH3和N02-的过程中获得能量，以C02为唯一碳源，产物分别为NO2-及N03-；它们要求中性或弱碱性环境（pH=6.5~8.0），在pH〈6时，作用显著下降。

(2)好氧的异养细菌和真菌，如节杆菌、芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、姆拉克汉逊酵母、黄曲霉、青霉等能将NH4+氧化为N02-及NO3-，但它们并不依靠这个氧化过程作为能量来源的途径，它们相对于自然界的硝化作用而言并不重要。

硝化菌对环境的变化很敏感，DO≥1mg/L，pH=8.0~8.4，BOD5≤15~20mg/L，适宜温度=20~30℃；硝化菌在反应器内的停留时间即生物固体平均停留时间，必须大于其最小的世代时间。

进行反硝化作用的微生物有异养型的反硝化菌，如脱氮假单胞菌、荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌等，在厌氧条件下利用NO3中的氧氧化有机物，获得能量。自养型的反硝化菌，如脱氮硫杆菌，在缺氧环境中利用NO3中的氧将硫或硫代硫酸盐氧化成硫酸盐，从中获得能量来同化CO2。兼性化能自养型反硝化菌，如脱氮副球菌，能利用氢的还原作用作为能源，以02或N03-作为电子受体，使NO3-还原成N2O和N2。

三、活性污泥反应的影响因素

为了强化与提高活性污泥处理系统的净化效果，必须考虑影响活性污泥反应的各项影响因素，充分发挥活性污泥微生物的代谢功能。以下为一些影响活性污泥的环境因素。

1. BOD负荷率（F/M,也称有机负荷率，以Ns表示）

F/M值是影响活性污泥增长、有机基质降解的重要因素。它表示曝气池里单位质量的活性污泥（MLSS）在单位时间里承受的有机物（BOD5）的量，单位：kg/(kg·d)。

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