活性污泥法

活性污泥法是一種污水的好氧生物處理法，由英國的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）於1912年發明。如今，活性污泥法及其衍生改良工藝是處理城市污水最廣泛使用的方法^[1]。它能從污水中去除溶解性的和膠體狀態的可生化有機物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他一些物質，同時也能去除一部分磷素和氮素。

設於香港沙田污水處理廠的活性污泥系統

歷史

1912年，克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）將污水裝在玻璃瓶裡，進行實驗。他們發現對污水長時間曝氣，玻璃瓶裡會出現污泥，水質也得到明顯改善。他們進一步發現，將那些沒有洗乾淨而附著有污泥的瓶子用作污水曝氣實驗，污水處理效果更好。他們稱這種自己生長的污泥為「活性污泥」（Activated Sludge）。讓曝氣後的污水靜止沉澱，倒出上層已經淨化的清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，這樣可以大大縮短污水處理的時間^[2]。

1914年，第一座活性污泥法污水處理廠在英國曼徹斯特建立。

活性污泥

肉眼觀察活性污泥，呈黃褐色絮狀物質。氣味特殊，但無臭味。在顯微鏡下觀察活性污泥顆粒，可以看見大量微生物，包括各種細菌、真菌、原生動物和少量的後生動物。除此之外，還有作為粘附基礎的無機物質存在。這些微生物和無機物組成了微型的生態系統。這種生態系統成為菌膠團或稱"膠羽"。活性污泥顆粒中70-90%是有機物，即微生物，另有10-30%是其他無機物質^[3]。

菌膠團是有細菌分泌的多糖類物質將細菌包覆為黏性團塊，構成活性污泥絮凝體的核心。在菌膠團外圍，粘附了著真菌和原生動物，而較為高等的後生動物則是處於相對游離的狀態。

流程和原理

典型的活性污泥法是由曝氣池、沉澱池、污泥回流系統和剩餘污泥排除系統組成。

污水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機站送來的壓縮空氣，通過鋪設在曝氣池底部的空氣擴散裝置，以細小氣泡的形式進入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，還使混合液處於劇烈攪動的狀態，形懸浮狀態。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使活性污泥反應得以正常進行。

• 第一階段，污水中的有機污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團的表面上，這是由於其巨大的比表面積和多糖類黏性物質。同時一些大分子有機物在細菌胞外酶作用下分解為小分子有機物。
• 第二階段，微生物在氧氣充足的條件下，吸收這些有機物，並氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供給自身的增殖繁衍。活性污泥反應進行的結果，污水中有機污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增長，污水則得以淨化處理。

經過活性污泥淨化作用後的混合液進入二次沉澱池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質在這裡沉澱下來與水分離，澄清後的污水作為處理水排出系統。經過沉澱濃縮的污泥從沉澱池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內的懸浮固體濃度和微生物濃度；增殖的微生物從系統中排出，稱為「剩餘污泥」。事實上，污染物很大程度上從污水中轉移到了這些剩餘污泥中。

活性污泥法的原理形象說法：微生物「吃掉」了污水中的有機物，這樣污水變成了乾淨的水。它本質上與自然界水體自淨過程相似，只是經過人工強化，污水淨化的效果更好。

工藝類型

自1912年開始自今，活性污泥法經過近100年的發展和改良，在理論和實踐上都相當的成熟，同時也衍生出了很多種類的運行方式，如下列舉的是各種典型的活性污泥法工藝流程：

• 傳統活性污泥法
• 完全混合活性污泥法
• 延時曝氣
• 純氧曝氣
• 淺層曝氣
• 深井曝氣
• 接觸穩定法
• 氧化溝
• 活性生物濾池（ABF工藝）
• 吸附-生物降解工藝（AB法）
• 序批式活性污泥法（SBR）

不足之處

傳統活性污泥法會排放出大量剩餘污泥。這些污泥中飽含著各種污染物，所以處理和處置這些污泥也是一大難題。現在的活性污泥法發展趨勢是污泥減量化和與厭氧法組合處理工藝。