活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮體處理污水的一類處理方法。
活性污泥基本概念是1912年英國的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）發(fā)現(xiàn)提出的。
他們對污水長時間曝氣會產(chǎn)生污泥，同時水質(zhì)會得到明顯的改善。繼而阿爾敦（Arden）和洛開脫（Lockgtt）對這一現(xiàn)象進(jìn)行了研究。曝氣試驗是在瓶中進(jìn)行的，每天試驗結(jié)束時把瓶子倒空，第二天重新開始，他們偶然發(fā)現(xiàn)，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(rèn)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(jié)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(yīng)用這個試驗的工藝建成的第一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(xì)菌，還有真菌，原生動物和后生動物，它們組成了一個特有的生態(tài)系統(tǒng)。
正是這些微生物（主要是細(xì)菌）以污水中的有機物為食料，進(jìn)行代謝和繁殖，才降低了污水中有機物的含量。
活性污泥是由細(xì)菌、真菌、原生動物、后生動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，所以被稱為活性污泥。
從外觀上看，活性污泥是像礬花一樣的絮絨顆粒，又稱生物絮凝體，絮凝體直徑一般為0.02~0.2 mm,在靜置時可立即凝聚成較大的絨粒而下沉?；钚晕勰嗟念伾蛭鬯|(zhì)不同而異，一般為黃色或茶褐色，供氧不足或出現(xiàn)厭氧狀態(tài)時呈黑色，供氧過多營養(yǎng)不足時星灰白色，略顯酸性，稍具土壤的氣味并夾帶一些霉臭味?；钚晕勰嗪屎芨?，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。
活性污泥中的固體物質(zhì)不到1%，由有機物和無機物兩部分組成，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(xì)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以好氧細(xì)菌為主的混合群體，其他微生物包括酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動物、后生動物等，正常活性污泥的細(xì)菌含量一般為107~108 個/mL，原生動物為100個/mL左右。
在活性污泥微生物中，原生動物以細(xì)菌為食，而后生動物以原生動物、細(xì)菌為食，它們之間形成一條食物鏈，組成了一個生態(tài)平衡的生物群體?；钚晕勰嗉?xì)菌常以菌膠團的形式存在，呈游離狀態(tài)的較少，這使細(xì)菌具有抵御外界不利因素的性能。
游離細(xì)菌不易沉淀，但可被原生動物捕食，從而使沉淀池的出水更清澈?；钚晕勰嗟臒o機組成部分則全部是由原污水帶入，至于微生物體內(nèi)存在的無機鹽類，由于數(shù)量極少，可忽略不計。
②微生物(主要是細(xì)菌)自身氧化殘留物(M);
④由原污水挾入的無機物質(zhì)(M;)。其中活性微生物群體是活性污泥的主要組成部分。
活性污泥法是以污水中的有機污染物為培養(yǎng)基，在有溶解氧條件下，連續(xù)地培養(yǎng)活性污泥，利用其吸附凝聚和氧化分解功能凈化污水中有機污染物的一類生物處理方法。以曝氣池和二沉池為主體組成的整體稱作活性污泥系統(tǒng)，完整的活性污泥系統(tǒng)還包括實現(xiàn)回流、曝氣、污泥處置功能所需的輔助設(shè)施。圖1是活性污泥處理系統(tǒng)的基本流程，該流程也稱為傳統(tǒng)(普通)活性污泥法流程。
由圖1可知，經(jīng)過適當(dāng)預(yù)處理的污水與回流污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液， 在曝氣池中，回流污泥微生物、污水中的有機物以及經(jīng)曝氣設(shè)備注入曝氣池的氧氣三者充分混合、接觸，微生物以污水中可生物降解的有機物進(jìn)行新陳代謝，同時溶解氧被消耗，污水的BOD5得以降低，隨后混合液流入二沉池進(jìn)行固、液分離，流出二沉池的就是凈化水。二沉池底部經(jīng)沉淀濃縮后的污泥大部分再經(jīng)回流污泥系統(tǒng)回到曝氣池，其余的則以剩余污泥的形式排出，進(jìn)入另設(shè)的污泥處理系統(tǒng)進(jìn)一步處置，以消除二次污染。
曝氣池作為生化反應(yīng)器，通過回流活性污泥及排出剩余污泥，保持著一定量的微生物，去接納允許進(jìn)入反應(yīng)器的有機污染物量；二沉池作為活性污泥法系統(tǒng)的一個重要組成部分，進(jìn)行活性污泥和水的分離， 通過回流方式與曝氣池緊密相連，提供曝氣池所需的活性污泥微生物，形成一個有機整體共同運行。
活性污泥凈化反應(yīng)過程比較復(fù)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)過程，也有活性污泥內(nèi)微生物對有機污染物的生物轉(zhuǎn)化、吸收等生物或生物化學(xué)過程，大致可以分為以下兩個階段。
在污水與活性污泥接觸、混合后的較短時間(5~10 min)內(nèi)，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(xiàn)出高的去除率，這種初期高速去除現(xiàn)象是物理吸附和生物吸附綜合作用的結(jié)果。在此過程中，混合液中有機底物迅速減少，BOD迅速降低，見圖2中吸附區(qū)曲線。這是由于活性污泥的表面積大，并且在表面上富集著大量的微生物，外部覆蓋著多糖類的黏質(zhì)層，當(dāng)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，便被迅速凝聚和吸附去除。這種現(xiàn)象就是“ 初期吸附去除”作用。
初期吸附過程進(jìn)行得很快，一般在30 min內(nèi)便能完成，污水BOD的吸附去除率可達(dá)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(yīng)器內(nèi)水力擴散程度與水力動力學(xué)規(guī)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?；钚晕勰辔⑸锏母呶交钚匀Q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(nèi)源呼吸期微生物，其吸附活性最強。
被吸附在活性污泥微生物細(xì)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細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，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(xì)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(xì)胞體內(nèi)，此時水解產(chǎn)生的部分溶解性簡單有機物會擴散到混合液中，造成混合液BOD值升高，如圖2中胞外水解區(qū)曲線所示。
進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)的有機污染物，在各種胞內(nèi)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(xì)胞物質(zhì)，另一些則氧化為穩(wěn)定的無機產(chǎn)物，如CO2和H2O等，并釋放能量供合成細(xì)胞所需，這個過程即物質(zhì)的氧化分解過程，也稱穩(wěn)定過程。在此過程中，不穩(wěn)定的高分子有機物質(zhì)通過生化反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為簡單穩(wěn)定的低分子無機物質(zhì)，混合液BOD逐漸降低， 如圖2中胞內(nèi)生物氧化區(qū)曲線所示。穩(wěn)定過程所需時間取決于有機物的轉(zhuǎn)化程度，要比吸附過程長得多。
活性污泥法已有近百年的歷史，其工藝經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)、革新和繁衍，在傳統(tǒng)活性污泥工藝的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了漸減曝氣、階段曝氣、吸附—再生、完全混合、延時曝氣、高負(fù)荷、純氧曝氣、深井曝氣、淺層曝氣、氧化溝、SBR、 AB等眾多的活性污泥法工藝， 以及活性污泥與生物膜相結(jié)合的多孔懸浮載體活性污泥工藝、活性污泥法與膜分離法相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器工藝等。下面主要介紹傳統(tǒng)推流、完全混合、吸附—再生、氧化溝、SBR、AB、多孔懸浮載體活性污泥工藝和膜生物反應(yīng)器工藝等幾種活性污泥法工藝。
傳統(tǒng)活性污泥法又稱為普通活性污泥法，是活性污泥法最早的運行方式，曝氣池呈長方廊道形，一般用3~5個廊道，在池底均勻鋪設(shè)空氣擴散器，其工藝流程如圖1所示，污水和回流污泥在曝氣池首端進(jìn)入，在池內(nèi)呈推流形式流動至池的尾端，在此過程中，污水中的有機物被活性污泥微生物吸附，并在曝氣過程中被逐步轉(zhuǎn)化，從而得以降解。
傳統(tǒng)活性污泥法具有凈化效率高(BOD5去除率可達(dá)90%以上)、出水水質(zhì)好、污泥沉降性好、不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點，但存在以下缺點:
(1)曝氣池首端有機負(fù)荷高，為了避免池首出現(xiàn)因缺氧造成的厭氧狀態(tài)，進(jìn)水BOD負(fù)荷不宜過高，因此曝氣池容積大、占地多、基建費用高。
(2)抗沖擊負(fù)荷能力差，處理效果易受水質(zhì)、水量變化的影響。
(3)供氧與需氧不平衡，此為傳統(tǒng)法的主要缺點。如圖3所示，曝氣池中需氧速率沿池長由大到小變化，而供氧速率不變，若按池尾需氧要求均勻曝氣，則會產(chǎn)生池首缺氧問題：若按池首需氧要求均勻曝氣，必然產(chǎn)生池后段供氣浪費問題。為了使供氧與需氧盡可能相匹配，可采取沿池長漸減曝氣和階段曝氣，由此產(chǎn)生了漸減曝氣活性污泥法工藝和階段曝氣活性污泥法工藝。漸減曝氣法通過改變傳統(tǒng)法曝氣池底擴散器的鋪設(shè)方式，使供氧速率如需氧速率一樣沿池長逐步遞減變化，如圖4 所示；階段曝氣法工藝流程如圖5所示，將傳統(tǒng)法的單點進(jìn)水改為多點進(jìn)水，而曝氣方式不變，使原來由曝氣池首端承擔(dān)的較高有機負(fù)荷沿池長均勻承擔(dān)，從而縮小了供氧速率與需氧速率的差距，如圖6所示。
在階段曝氣法基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加進(jìn)水點數(shù)的同時增加回流污泥的入流點數(shù)，即形成如圖7所示的完全混合活性污泥法工藝，污水與回流污泥進(jìn)入曝氣池即與池內(nèi)混合液充分混合，傳統(tǒng)法曝氣池中混合液不均勻的狀況被改變，池內(nèi)需氧均勻，因此，完全混合活性污泥法動力消耗低、耐沖擊負(fù)荷能力強，但有機物降解動力低，因而出水水質(zhì)一般低于傳統(tǒng)法，且活性污泥易產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。
吸附—再生活性污泥法又稱為接觸穩(wěn)定法或生物吸附活性污泥法，其主要特點是將活性污泥對有機物降解的兩個過程——吸附與代謝穩(wěn)定分別放在各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，圖8為吸附-再生活性污泥法的工藝流程，其中圖8 (a)為分建式， 即吸附池與再生池分開設(shè)置，圖8(b)為合建式，吸附池與再生池合建。污水與經(jīng)過再生的活性污泥一起進(jìn)入吸附池，約70%的BOD5可通過吸附作用得以去除，混合液從吸附池進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，回流的活性污泥先進(jìn)入再生池再生，恢復(fù)活性后再回到吸附池進(jìn)行下一輪吸附，剩余污泥則不經(jīng)曝氣直接排出系統(tǒng)。
吸附-再生法主要利用活性污泥的“初期吸附”作用去除有機物，此過程非常快，所需時間短，因此吸附池容積??；活性污泥易吸附懸浮態(tài)和膠體態(tài)有機物，故污水不需經(jīng)初沉池預(yù)處理;再生池只對部分污泥(回流部分)曝氣再生，因此曝氣費用少，且再生池容積小，對于相同的處理規(guī)模，吸附池和再生池總?cè)莘e比傳統(tǒng)法曝氣池容積小得多;但由于受活性污泥吸附能力和吸附特性的限制，吸附再生法的處理效果低于傳統(tǒng)法，而且不宜處理溶解性有機污染物含量高的污水。
吸附—生物降解工藝簡稱AB法或AB工藝，其工藝流程如圖9所示，整個系統(tǒng)由預(yù)處理段、A段、B段三個部分組成，預(yù)處理段只設(shè)格柵、沉砂池等簡易處理設(shè)施，不設(shè)初沉池; A段和B段是兩個串聯(lián)的活性污泥系統(tǒng)，A段為吸附段，由吸附池和中間沉淀池組成，主要用于污染物的吸附去除，其污泥負(fù)荷達(dá)2.0~6.0 kg (BOD5) /[kg(MLSS)·d], 為傳統(tǒng)法的10~20倍，泥齡短(0.3~0.5d)，水力停留時間短(約30min)。
A段的活性污泥全部是繁殖快、世代時間短的細(xì)菌，通過控制溶解氧含量，可使其以好氧或缺氧方式生活; B段為生物氧化段，由曝氣池和二沉池組成，與傳統(tǒng)法相似，主要用于氧化降解有機物，在低負(fù)荷下運行，污泥負(fù)荷為0.15~0.3kg (BOD5)/[kg(MLSS)·d],水力停留時間較長(2~6h)，泥齡較長(15~20d); A段與B段各自擁有獨立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開，每段能夠培育出適于本段水質(zhì)特征的微生物種群。
污水經(jīng)過A段處理后，BOD5去除率為40%~70%，同時重金屬、難降解物質(zhì)以及氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)等也得到一定的吸附去除，不僅大大減輕了B段的有機負(fù)荷，而且污水的可生化性提高，有利于B段的生物降解作用。B段發(fā)生硝化和部分的反硝化，活性污泥沉淀性能好，出水SS和BOD5一般小于l0mg/L。
AB工藝出水水質(zhì)好、處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負(fù)荷、pH值變化的能力，并能根據(jù)經(jīng)濟實力進(jìn)行分期建設(shè)，可用于老污水處理廠改造，以擴大處理能力和提高處理效果。此外，對于有毒有害污水和工業(yè)污水比例較高的城市污水處理，AB法具有較大優(yōu)勢。
氧化溝工藝是20世紀(jì)50年代由荷蘭的帕斯維爾(Pasveer)研發(fā)的一種污水生物處理技術(shù)，屬于延時曝氣法的一種特殊形式，因其構(gòu)筑物呈封閉的溝渠型而得名，由于其出水水質(zhì)能達(dá)到設(shè)計要求，并且運行穩(wěn)定、管理方便，目前，氧化溝污水處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于城市污水、工業(yè)廢水(包括石油、化工、造紙、印染及食品加工廢水等)處理工程。
氧化溝由氧化溝池、曝氣設(shè)備、進(jìn)出水裝置、導(dǎo)流和混合裝置等組成。
氧化溝池屬于封閉環(huán)流式反應(yīng)池，溝體狹長，一般星環(huán)形溝渠狀，平面多為橢圓形(圖10)，總長可達(dá)幾十米，甚至百米以上。在環(huán)形溝槽中設(shè)有曝氣設(shè)備，推動污水和活性污泥混合液在閉合式曝氣渠道中以0.3 m/s以上的平均流速連續(xù)循環(huán)流動，水力停留時間10~30h,因此，可以認(rèn)為溝內(nèi)污水水質(zhì)幾乎一致，即總體上的污水流態(tài)是完全混合式，但具有局部推流特征，如曝氣器的下游，溶解氧濃度從高到低變化。溝內(nèi)水深與采用曝氣設(shè)備有關(guān)，為2.5~8m:采用曝氣轉(zhuǎn)刷一般在2.5m左右;采用曝氣轉(zhuǎn)盤一般不大于4.5 m;采用立式表面曝氣機水深一般可為4~6m，最深可達(dá)8 m。
曝氣設(shè)備是氧化溝的主要裝置，用以供氧、推動水流作循環(huán)流動、防止活性污泥沉淀及對反應(yīng)混合液的混合。常用臥式曝氣轉(zhuǎn)刷和曝氣轉(zhuǎn)盤，也可根據(jù)實際情況采用立式表面曝氣機、射流曝氣機、 導(dǎo)管曝氣機以及混合曝氣系統(tǒng)等。
進(jìn)出水裝置包括進(jìn)水口、回流污泥口和出水調(diào)節(jié)堰等。氧化溝進(jìn)水和回流污泥進(jìn)口應(yīng)在曝氣器的上游，使進(jìn)水能與溝內(nèi)混合液立即混合。
單池進(jìn)水比較簡單，采用進(jìn)水管即可，而有2個以上氧化溝平行工作時，進(jìn)水要用配水井， 當(dāng)采用交替工作的氧化溝時，配水井內(nèi)還需設(shè)自動控制裝置。氧化溝出水一般采用溢流堰，溢流堰高度可調(diào)節(jié)，出水位置應(yīng)在曝氣器的下游，并且離進(jìn)水點和回流污泥點足夠遠(yuǎn)，以免短流。
導(dǎo)流和混合裝置包括導(dǎo)流墻和導(dǎo)流板。在氧化溝的彎道處設(shè)置導(dǎo)流墻，以減少水頭損失，防止通過彎道的污水出現(xiàn)停滯和渦流現(xiàn)象，防止對彎道處的過度沖刷。在轉(zhuǎn)刷上下游設(shè)置導(dǎo)流板，主要是為了使表面的較高流速轉(zhuǎn)入池底，同時降低混合液表面流速，提高傳氧速率。
此外， 氧化溝處理系統(tǒng)還包括二沉池、刮(吸)泥機和污泥回流泵房等附屬設(shè)施，此部分與傳統(tǒng)活性污泥工藝相同。
氧化溝的形式較多，按布置形式可分單溝、雙溝、三溝、多溝同心和多溝串聯(lián)氧化溝等多種;按二沉池與氧化溝的關(guān)系，有分建和合建(即一體化氧化溝)兩種;按進(jìn)水方式，分連續(xù)進(jìn)水和交替進(jìn)水氧化溝;按曝氣設(shè)備，分轉(zhuǎn)刷曝氣、轉(zhuǎn)盤曝氣或泵型、倒傘型表面曝氣機氧化溝等。目前常用的主要有普通氧化溝、卡羅塞爾(Carrousel) 氧化溝、奧巴勒(Orbal)氧化溝、交替工作式氧化溝(DE型、T型)、一體化氧化溝等。Carrousel 氧化溝是20世紀(jì)60年代由荷蘭某公司所開發(fā)，為多溝串聯(lián)氧化溝。圖11為四廊道并采用表面曝氣器的Carrousel 氧化溝，在每組溝渠的轉(zhuǎn)彎處安裝一臺表面曝氣器，靠近曝氣器的下游為富氧區(qū)，上游為低氧區(qū)，外環(huán)還可能成為缺氧區(qū)，這樣能形成生物脫氮的環(huán)境條件。Carrousel氧化溝系統(tǒng)的BOD去除率高達(dá)95%~99%，脫氮率可達(dá)90%以上，除磷率50%左右，在世界各地應(yīng)用廣泛。
氧化溝工藝的優(yōu)點:工藝流程簡單(不需設(shè)初沉池)， 運行管理方便，處理效果好;除能去除有機物外，還能脫氮除磷，尤其是脫氮效果好:具有延時曝氣法的優(yōu)點，污泥產(chǎn)量少且穩(wěn)定:一體化氧化溝能節(jié)省占地，更易于管理。氧化溝的局限性:占地面積大; F/M值低，容易引起污泥膨脹;與傳統(tǒng)處理工藝相比，曝氣能耗更高;難以進(jìn)行廠區(qū)擴建。
SBR工藝即序批式活性污泥法，是以序批式反應(yīng)器(Sequencing Batch Reactor, SBR)為核心的間歇式活性污泥法，是城市污水處理、工業(yè)(石油、化工、食品、制藥業(yè)等)污水處理及營養(yǎng)元素去除的重要方法之一。
SBR工藝是活性污泥法的一種變形，它的反應(yīng)機理與污染物去除機制和傳統(tǒng)活性污泥法相同，但在工藝上將曝氣池和沉淀池合為一體，在運行模式上是由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置等5個基本過程組成一個周期，即在單一反應(yīng)器內(nèi)的不同時段進(jìn)行不同目的的操作，雖然在流態(tài)上是完全混合式，但在污染物的降解方面，則是時間上的推流。
SBR工藝的運行工序如圖12所示，在進(jìn)水階段，污水被加入反應(yīng)器，直到預(yù)定高度(一般可允許反應(yīng)器中的液位達(dá)到總?cè)莘e的75%~ 100%)， 當(dāng)使用兩個反應(yīng)器時，進(jìn)水時間可能占總循環(huán)時間的50%。
進(jìn)水方式可根據(jù)工藝上的其他要求而定，既可單純進(jìn)水，也可邊進(jìn)水邊曝氣，以起預(yù)曝氣和恢復(fù)污泥活性的作用，還可以邊進(jìn)水邊緩慢攪拌，以滿足脫氮、釋放磷的工藝要求;
在反應(yīng)階段，微生物在所控制的環(huán)境條件下降解消耗污水中的底物，即污水注入達(dá)到預(yù)定高度后，開始反應(yīng)操作，根據(jù)污水處理的目的，如BOD去除、硝化、磷的吸收以及反硝化等，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，并根據(jù)需要達(dá)到的程度決定反應(yīng)的延續(xù)時間;在沉淀階段，混合液在靜止條件下進(jìn)行固液分離，澄清后的上清液將作為處理水排放;
在出水階段，排出池中澄清后的處理水，一直到最低水位;閑置階段，即在處理水排放后，反應(yīng)器處于停滯狀態(tài)的階段，通常用于多個反應(yīng)器系統(tǒng)，閑置時間應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況而定，但有時可省略。
除了以上闡述的五個工藝階段外，排泥是SBR工藝運行中另一個影響效果的重要環(huán)節(jié)，污泥排放的數(shù)量和頻率由效能需要決定。排泥沒有指定在哪個運行階段進(jìn)行，一般放在反應(yīng)階段后期，就可達(dá)到均勻排泥(包括細(xì)微物質(zhì)和大的絮凝體顆粒)的目的。由于曝氣和沉淀過程都在同一個池中完成，所以不需進(jìn)行污泥回流以維持曝氣池中的污泥濃度。
SBR工藝最顯著的一個特點是將反應(yīng)和沉淀兩道工序放在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，擴大了反應(yīng)器的功能。此外，SBR是一個間歇運行的污水處理工藝，運行時期的有序性使它具有不同于傳統(tǒng)連續(xù)流活性污泥法的一些特性。
1)流程簡單，設(shè)備少，占地少，基建及運行費用低。SBR工藝的主要設(shè)備就是一個兼具沉淀功能的反應(yīng)器，無需二沉池和污泥回流裝置，且在大多數(shù)情況下還可省去調(diào)節(jié)池。
2)固液分離效果好，出水水質(zhì)好。SBR工藝中的沉淀過程屬于理想的靜止沉淀，固液分離效果好，且剩余污泥含水率低，有利于污泥的后續(xù)處置。
3)運行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果。通過適度的充氣、停氣攪拌，形成時間序列上的缺氧、厭氧和好氧交替環(huán)境條件，滿足缺氧反硝化、厭氧放磷和好氧硝化及吸磷的要求，從而可有效地脫氮除磷。
4)能有效地防止污泥膨脹。由于SBR具有理想推流式特點，反應(yīng)期間反應(yīng)底物濃度大、缺氧與好氧狀態(tài)交替變化以及泥齡較短，都是抑制絲狀菌生長的因素。
5)耐沖擊負(fù)荷。SBR工藝?yán)酶哐h(huán)率有效稀釋進(jìn)水中高濃度的難降解或?qū)ξ⑸镉幸种谱饔玫挠袡C化合物。
6)利用時間上的推流代替空間上的推流，易于實現(xiàn)自動控制。該工藝的各操作階段及各項運行指標(biāo)都可通過計算機加以控制，便于自控運行，易于維護管理。
7)容積利用率低，水頭損失大，出水不連續(xù)，峰值需氧量高，設(shè)備利用率低，運行控制復(fù)雜，不適用于大水量。
針對傳統(tǒng)SBR工藝存在的不足及在應(yīng)用中的某些局限性，如進(jìn)水流量較大時，對反應(yīng)系統(tǒng)需調(diào)節(jié)，會增大投資;對出水水質(zhì)有特殊要求時，如脫氮、除磷，則需對SBR進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。因此出現(xiàn)了ICEAS、CASS、IDEA、DAT-IAT、UNITANK、MSBR等SBR的變形工藝。
ICEAS 工藝稱為間歇式延時曝氣活性污泥工藝，于1968年由澳大利亞新南威爾士大學(xué)與美國ABJ公司合作開發(fā)。該工藝最大的特點是在SBR反應(yīng)器進(jìn)水端增加了一個預(yù)反應(yīng)區(qū)(圖13),實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水(不但在反應(yīng)階段進(jìn)水，在沉淀和排水階段也進(jìn)水)。
ICEAS 工藝集反應(yīng)、沉淀、排水于一體，運行時，污水連續(xù)不斷地進(jìn)入反應(yīng)池前部的預(yù)反應(yīng)區(qū)，并從主、預(yù)反應(yīng)區(qū)隔墻下部的孔眼以低速(0.03~0.05 m/min)進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)，在主反應(yīng)區(qū)按照反應(yīng)、沉淀、排水的周期性運行程序，完成對含碳有機物和氮、磷營養(yǎng)元素的去除。
ICEAS工藝的優(yōu)點是連續(xù)進(jìn)水，可以減少運行操作的復(fù)雜性，在處理市政污水和工業(yè)污水方面比傳統(tǒng)SBR工藝費用更低、出水效果更好，其缺點是進(jìn)水貫穿于整個周期，沉淀期進(jìn)水在主反應(yīng)區(qū)底部造成水力紊動，從而影響分離時間，因此水量受到限制，且容積利用率低， 脫氦除磷有一定難度。
CASS 或CAST 或CASP工藝稱為循環(huán)式活性污泥工藝。該工藝是在ICEAS工藝基礎(chǔ)上，將生物選擇器與SBR反應(yīng)器有機結(jié)合。通常CASS反應(yīng)器分為3個區(qū)域(圖14): 生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，各區(qū)容積之比為1:5: 30。污水首先進(jìn)入選擇區(qū)，與來自主反應(yīng)區(qū)的污泥(20%~ 30%)混合，經(jīng)過厭氧反應(yīng)后進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)。與ICEAS工藝相比，CASS工藝將主反應(yīng)區(qū)中部分污泥回流至生物選擇器中，而且沉淀階段不進(jìn)水， 使排水的穩(wěn)定性得到保障。CASS工藝解決了ICEAS工藝對于SBR優(yōu)點部分的弱化問題， 脫氮除磷效果比ICEAS更好。
IDEA 工藝稱為間歇排水延時曝氣工藝。該工藝保持了CASS工藝的優(yōu)點，運行方式與ICEAS工藝相似，采用連續(xù)進(jìn)水、間歇曝氣、周期排水的形式。與CASS相比，預(yù)反應(yīng)區(qū)改為與SBR主體構(gòu)筑物分離的預(yù)混合池，部分污泥回流進(jìn)入預(yù)反應(yīng)池，且采用中部進(jìn)水。預(yù)混合池的設(shè)立可以使污水在高絮體負(fù)荷下有較長停留時間，有利于高絮凝性細(xì)菌的選擇性生長。
DATIAT工藝是一種連續(xù)進(jìn)水的SBR工藝，其主體構(gòu)筑物由需氧池和間歇曝氣池串聯(lián)組成(圖15)。IAT池為主反應(yīng)池，一般情況下DAT池連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)曝氣，其出水經(jīng)雙層導(dǎo)流墻連續(xù)進(jìn)入IAT池，在此完成曝氣、沉淀、排水和排出剩余污泥工序，同時部分污泥回流到DAT池。原污水首先經(jīng)DAT池的初步生物處理后再進(jìn)入IAT池，由于連續(xù)曝氣起到了水力均衡作用，提高了整個工藝的穩(wěn)定性，進(jìn)水工序只發(fā)生在DAT池，排水工序只發(fā)生在IAT池， 兩池串聯(lián)，進(jìn)一步增強整個生物處理系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)性，有利于有機物的去除。
與CASS和ICEAS工藝相比，DAT池是一種更加靈活、完備的預(yù)反應(yīng)器，從而使DAT池與IAT池能夠保持較長的污泥齡和很高的MLSS濃度,使系統(tǒng)有較強的抗沖擊負(fù)荷能力;在去除BOD的同時，進(jìn)行脫氮除磷; DAT-IAT 工藝同時具有SBR工藝和傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)點， 對水質(zhì)水量的變化有很強的適應(yīng)性，操作運行比較簡便。
UNITANK系統(tǒng)是一體化活性污泥法工藝，類似于三溝式氧化溝工藝，為連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水的處理工藝。UNITANK系統(tǒng)在外形上是一矩形體，里面被分割成3個相等的以開孔公共墻相隔的矩形單元池，中間單元池始終做曝氣池，邊池交替做曝氣池和沉淀池(圖16）。
UNITANK系統(tǒng)集合了SBR工藝、三溝式氧化溝和傳統(tǒng)活性污泥法的特點。其優(yōu)點是池型構(gòu)造簡單，采用固定堰出水，排水簡單，也不需污泥回流:其缺點是邊池污泥濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中池， 脫氮效果一般， 除磷效果差。
MSBR 稱為改良型序批式生物反應(yīng)器，不需初沉池、二沉池及相應(yīng)的布水及回流設(shè)備，整個反應(yīng)池在全充滿、恒水位及連續(xù)進(jìn)水情況下運行。
MSBR處理系統(tǒng)在外形上常為矩形，分成三個主要部分(圖17);曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期中保持連續(xù)曝氣，而每半個運行周期中，兩個序批處理格分別交替作為SBR池和沉淀池。此外，還有根據(jù)工藝處理要求設(shè)置的厭氧格和缺氧格， 因此，它實質(zhì)上是A2/0工藝與SBR工藝的串聯(lián)。如果只去除BOD和SS, 則不需設(shè)厭氧格和缺氧格，MSBR系統(tǒng)更為簡單。
MSBR工藝被認(rèn)為是集約化程度較高、同時具有生物脫氮除磷功能的污水處理工藝，在系統(tǒng)的可靠性、土建工程量、總裝機容量、節(jié)能、降低運行成本和節(jié)約用地等多方面均具有優(yōu)勢。
多孔懸浮載體活性污泥工藝是在曝氣池中投加占曝氣池容積15%~ 50%的多孔泡沫塊(球)，泡沫塊為曝氣池中的微生物提供了大量可供棲息的表面積，微生物附著于其表面及孔隙中，有的泡沫塊的生物量可達(dá)100~ 150 mg/塊，因此，大大增加了曝氣池內(nèi)生物量。由于泡沫塊僅占少部分曝氣池的容積，所以整個系統(tǒng)仍屬活性污泥法系統(tǒng)。但多孔懸浮載體大大改善了活性污泥系統(tǒng)的工藝性能，使其具有如下不同于常規(guī)活性污泥系統(tǒng)的特性。
1)提高了活性污泥法反應(yīng)器內(nèi)的總生物量和附著生長的生物濃度，同時相對降低了懸浮生長的生物濃度。附著生長的微生物的大量出現(xiàn)，使生物相系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化。傳統(tǒng)活性污泥法系統(tǒng)較易生長的絲狀菌可被載體吸附于其孔隙內(nèi)或表面，載體的孔隙及其表面的粗糙狀況決定了其對絲狀菌的捕獲能力。
這樣，既能發(fā)揮絲狀菌的強大凈化能力，又能控制污泥膨脹及污泥上浮、流失給系統(tǒng)正常運行帶來的巨大危害。
2)載體投加量與載體上的附著生物量密切相關(guān)。載體投加量越大，系統(tǒng)中附著的生物量越高，但單個載體附著生物量則下降。
3)有機負(fù)荷對兩種生物相濃度影響很大。有機負(fù)荷增高，系統(tǒng)內(nèi)總附著生長生物量及單位載體上附者的生物量均增加，而懸浮生長生物量則相對減少。
4)改變了系統(tǒng)內(nèi)底物的分配及傳質(zhì)狀況，附著生長生物與懸浮生長生物的傳質(zhì)與生 物降解作用有所不同。
5)投加載體能防止活性污泥法系統(tǒng)污泥沉降性能的惡化，反應(yīng)器的生物濃度及出水水質(zhì)不像傳統(tǒng)活性污泥法對二沉池工況那樣具有較大敏感性與依賴性。6)系統(tǒng)內(nèi)懸浮生長生物相的吸氧速率有所降低。
7)延長了泥齡，有助于硝化反應(yīng)及氨氮的去除，大大提高了系統(tǒng)耐受沖擊負(fù)荷的能力，完善了凈化過程，提高了處理效率，能獲得更好的出水水質(zhì)。
膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor, MBR)工藝是由膜分離組件(常用超濾)與活性污泥反應(yīng)器(曝氣池)相結(jié)合而成的污水處理工藝，即用膜組件代替二沉池進(jìn)行固液分離的污水生物處理系統(tǒng)。與傳統(tǒng)生物處理工藝相比，MBR工藝具有生化效率高、有機負(fù)荷高、污泥負(fù)荷低、出水水質(zhì)好、設(shè)備占地面積小、便于自動控制和管理等優(yōu)點。根據(jù)膜與生物反應(yīng)器的位置關(guān)系，MBR可分為分置式(外置式)和一體式(內(nèi)置式)兩種。
分置式MBR將膜組件(多為管式和平板式)置于生物反應(yīng)器外部，二者通過泵與管路相連，其工藝流程如圖18所示，輸送泵將曝氣池中的混合液加壓后送到膜分離單元，由膜組件進(jìn)行固液分離，濃縮液回流至生物反應(yīng)器，透過液為出水。該方式運行靈活，設(shè)備安裝方便，膜組件的清洗、維護、更換及增設(shè)比較容易，膜通量相對較高，易于大型化和對現(xiàn)有工藝的改造，但動力費用較高，泵高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會使某些微生物菌體失活。
圖19 一體式MBR
一體式MBR又稱淹沒式MBR ，其工藝流程如圖19所示，將無外殼的膜組件(多為中空纖維式)直接安裝浸沒于曝氣池內(nèi)部，微生物在曝氣池中降解有機物，依靠重力或水泵抽吸產(chǎn)生的負(fù)壓或真空泵將膜組件透過液移出，成為出水。
