环境工程中活性污泥法在污水处理中的应用研究

在工业生产规模持续扩张的背景下，我国每年城镇生活污水与工业废水排放量持续攀升，2024 年全国污水处理量已突破 600 亿吨，其中有机污染物去除率直接关系到人居环境安全。在各类污水处理技术中，活性污泥法处理效率高，占据我国市政污水处理市场 70% 以上的应用份额，成为环境工程领域治理有机污染的核心技术之一。

1 活性污泥法的基本原理

活性污泥是由细菌、真菌、原生动物等微生物及金属氢氧化物构成的褐色絮凝体，通过在充氧环境中以污水有机物为培养基连续培养微生物群体形成。其中细菌作为主要功能微生物，可对污水中有机物执行凝聚、吸附与氧化分解。在适宜微生物生长的条件下，利用悬浮态活性污泥与污水的大面积接触，将污水中的有机物进行吸附和氧化分解。

2 污水处理中活性污泥法的处理过程

2.1 微生物吸附阶段

活性污泥被投入污水后，因微生物的吸附作用，短时间内即可观察到大量有机物的去除。活性污泥中的微生物多以絮体形式存在，此结构特性使其与污水之间形成了较大的接触面积，为吸附过程提供了充足的物理基础。同时，微生物细胞表面分泌的多糖类粘质层具有较强亲水性，其分子结构中含有的羟基等官能团可与污水中的悬浮物质及胶体颗粒结合。此类吸附过程较为快速，30分钟内即可完成对大部分非溶解性有机物的捕获，其中既包括粒径较大的悬浮颗粒，也涵盖了处于胶体状态的有机碎屑。

2.2 氧化阶段

曝气池内持续通入空气，使混合液保持一定的溶解氧浓度，为微生物代谢提供有氧环境。此前被活性污泥吸附的有机物，在此阶段经微生物的胞内酶催化发生氧化分解：其中一部分作为能源被彻底分解，生成二氧化碳和水，其释放的能量用于微生物的生命活动。其余部分则作为合成原料，在能量驱动下转化为微生物细胞所需的蛋白质、核酸、多糖等生物大分子，促使菌体大量繁殖，活性污泥浓度随之提升。这一阶段中，微生物群落的代谢活性与溶解氧浓度密切相关，当溶解氧不足时，氧化分解速率会受到抑制，部分微生物转向厌氧代谢途径，产生硫化氢等有害产物。

2.3 絮凝沉降阶段

微生物通过好氧代谢完成对有机物的降解，经氧化分解后，污水中可生物降解的有机物大幅减少，而微生物合成的细胞物质则成为后续分离过程的主要对象。菌体在代谢过程中会分泌胞外聚合物，这类物质含多糖、蛋白质等成分，可促使分散的菌体相互吸附，形成结构稳定的絮凝体。絮凝体的密度随粒径增大而提升，在沉淀池内借助重力作用发生沉降，从而完成固液分离。

3 污水处理中活性污泥法的应用方式

3.1 传统活性污泥法

传统活性污泥工艺中，污水与回流污泥共同进入曝气池的首端，在池体内部完成混合后从末端排出。在此过程中，同一反应器内同步进行生物氧化分解和有机物吸附过程，形成连续式处理体系。沿曝气池长度方向，污水中有机物浓度呈现梯度下降趋势，相应的微生物需氧量也随之逐步降低。该工艺在处理城市生活污水及水质波动较小的工业废水时，能够达到较高的污染物去除效率，尤其适用于对出水水质有严格要求的处理场景。然而，由于反应器内微生物群落对水量的突然变化较为敏感，一旦出现冲击负荷，易导致活性污泥性能恶化，进而影响处理效果。其次，曝气系统的供氧方式往往存在局部溶解氧过高或不足的问题，导致能源浪费。

3.2 逐步曝气法

不同于传统工艺的单点进水模式，逐步曝气法沿曝气池池壁长度方向设置多个进水口，使原污水分阶段、按比例进入反应系统。多点进水的设计能够削弱曝气池内有机物的浓度波动，从而让底物在池内的空间分布更趋均衡。伴随有机物分布状态的改善，活性污泥絮体在曝气池内的停留与扩散更为均匀，避免了局部区域污泥负荷不均的现象。在此方法中，高浓度污水进入区域供氧相应提升，低负荷段则减少能耗，使氧气利用率较传统工艺提升 了 15%-20% 。同时，池内底物浓度梯度趋于平缓，活性污泥的增殖速率更为稳定，这一变化减轻了二次沉淀池的固液分离负荷，降低了污泥沉降性能恶化的风险。

3.3 吸附再生活性污泥法

吸附再生活性污泥法的核心机制，在于依托活性污泥絮体强大的吸附性能去除污染物。该方法采用分段式设计，或通过两座独立曝气池分别完成吸附与氧化分解过程，或在单池内划分功能区域以分离工序，二次沉淀池则设置于两阶段之间作为过渡单元。在抗冲击负荷方面，大比例回流的污泥形成了动态调节机制 —— 当进水水质出现波动导致吸附池内活性污泥活性下降时，沉淀池储备的高浓度污泥可快速补充至吸附区，通过种群置换维持处理效能。但工艺拆分下，吸附阶段的水力停留时间被压缩，污水与污泥接触周期进而缩短，对于溶解性有机物占比高的污水，其去除效率一般低于传统工艺。

4. 污水处理中活性污泥法存在的问题及其对策

4.1 存在的问题

（1）污泥膨胀。污泥膨胀的发生常与丝状菌异常增殖相关，这类微生物在低溶解氧环境中更易占据生态优势，同时进水水质中悬浮物骤增，会进一步破坏污泥絮体结构，导致其沉降性能显著上升，降低了二次沉淀池固液分离效率，出水悬浮物浓度超标。（2）泡沫问题。进水携带的阴离子表面活性剂会降低水体表面张力，而曝气系统供氧过量导致的溶解氧饱和状态，会使微小气泡更易稳定聚集。污泥老化时，微生物代谢产生的胞外聚合物增加，也会强化泡沫的持留性。这类泡沫覆盖曝气池表面后，会阻碍氧气传递效率，间接降低有机污染物降解速率。（3）污泥上浮。除污泥膨胀导致的絮体松散上浮外，沉淀池内若污泥停留时间过长，反硝化细菌会利用硝酸盐作为电子受体进行厌氧呼吸，产生的氮气气泡附着于污泥絮体表面，使其密度降低而上浮。上浮的污泥随出水排出，严重削弱处理系统的最终净化效能。

4.2 针对上述问题的解决措施

（1）为调控水质组分，企业可强化进水预处理，设置格栅过滤、初沉池沉淀等工序截留高浓度悬浮有机物，减少利于丝状菌过度繁殖的底物，从源头降低系统失衡风险。工作人员需将污泥负荷稳定在 0.2-0.4kgBOD5/(kgMLSS⋅d) 区间，通过调整回流比维持曝气池内混合液悬浮固体浓度在 2-4g/L₀ 。（2）企业选用消泡剂时关注硅酮类或聚醚类物质，通过降低气液界面张力破除泡沫，而聚合氯化铝等混凝剂则通过电荷中和作用减少胶体物质稳定性，从根本上抑制泡沫生成。（3）工艺控制层面，企业需强化前端预处理工序，调节进水 pH 至6.8-7.5，控制悬浮物浓度低于 200mg/L ，并维持营养盐比例 C:N:P=100:5:1，消灭丝状菌异常增殖的环境条件。

5 结语

综上所述，文章开展了环境工程中活性污泥法在污水处理中的应用研究。活性污泥法作为污水处理领域的核心技术，其在有机污染物去除中的高效性已得到长期实践验证。但污泥膨胀、泡沫滋生等问题仍制约着工艺稳定性，需通过综合措施协同应对。随着环境标准的不断收紧，企业需进一步探索低能耗、少药剂、易运维的优化路径，以更好适应复杂水质处理需求。

参考文献

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