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用悬浮状态的微生物（通称活性污泥）净化污水的工艺过程。活性污泥法是1914年由英国的E.阿德恩和W.T.洛基特最先试验成功的。 机理 活性污泥法所用的污泥，最初多取地沟中的污泥接种，是人工驯化出来的生物群体。人们称这种经驯化的产物为活性污泥。活性污泥的主要组成部分是好氧菌，在曝气条件下与污水持续接触，逐渐取得“活性”，并完成两个过程：①微生物的代谢反应，污水中的有机物被微生物摄取后经代谢，其中一部分合成为新的生物细胞，另一部分转化为稳定的无机物。②活性污泥的物理化学、生物化学作用，有机物被活性污泥吸附，经凝聚沉淀后去除，从而具有净化污水的特性。 正常活性污泥的生物相以菌胶团（zooglea）为主，由各种微生物及其分泌的黏液组成。运行良好的活性污泥孳生原生动物（如钟虫）。在处理后期有轮虫出现，表示活性污泥运行正常。 活性污泥是有生命的物质，它的增殖可分为对数增长期（等速增长期）、减速增长期（增长率下降期）及内源呼吸期（衰亡期）等阶段。活性污泥作为生物个体，有生老病死。但作为生物群体，在适宜的条件下，则能生生不息，持续地保持活性，净化污水。 基本类型 经过半个多世纪的发展，活性污泥法已派生出多种类型，但其基本原理并未改变。活性污泥法原始基本类型为普通曝气，其工艺流程见图。可分为3部分：①预处理。在格栅井、沉沙池、初次沉淀池等构筑物中进行，
活性污泥系统示意图
其中初次沉淀池起主要作用。②生物反应。在曝气池中进行，即污水和回流活性污泥在曝气池中混合成为混合液，由曝气设施不断向混合液中充气（起充氧和搅拌作用），使污水与活性污泥反复接触，有机物经生物氧化降解而逐渐净化，活性污泥则不断新陈代谢。③污泥的分离、回收。混合液在曝气池中停留必要的时间后，流入二次沉淀池进行泥水分离，澄清的污水排入受纳水体或继续处理，沉下的污泥在池底泥斗中浓缩后，即作为回流活性污泥送回曝气池前端，再与污水混合，如此循环往复。为维持污泥的正常代谢，必须定时或连续地排出多余的活性污泥，称为剩余活性污泥。 曝气池是活性污泥法的主体构筑物，池中一般应保持的环境条件是：混合液的pH值为6～9；水温为10～35 ℃；细菌以污染物为饵料的营养比例约为五日生化需氧量（BOD5）∶氮（N）∶磷（P）＝100∶5∶1，城镇污水一般能满足上述比例关系，但当工业废水所占比重过大时，需补投适当的营养盐类，以调整至正常值。 污水中所含微生物通常以混合液悬浮固体（MLSS）表示细菌数量。因此，单位重的细菌所降解有机污染物重量，即为曝气池的污泥负荷，或称F/M比（F为食料，M为微生物）。由于MLSS中尚含少量无机固体，故亦有用混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）来表示细菌数量，并认为MLVSS比MLSS更接近细菌的真实数量。城镇污水的MLVSS/MLSS比值，即表示细菌在悬浮固体中所占比例，一般为0.8左右。用普通曝气法的活性污泥处理城镇污水时，曝气池的典型污泥负荷为0.2～0.4 kg（BOD5）/［kg（MLVSS）·d］、 曝气时间为4～8 h，MLSS为1.5～3 g/L、活性污泥回流比为25％～50％、BOD5去除率可达90％左右，亦即出水的BOD5一般为20～30mg/L。 派生类型 活性污泥法有很多派生类型：①按曝气池中水的流态，可分为推流式和完全混合式。推流式的曝气池多为矩形，由前端进水，末端出水，污水的BOD浓度沿池长逐渐减少。按其进水、充气方式，可分为阶段曝气和渐减曝气。完全混合式曝气池多为圆形，一般由池中心进水，四周出水，污水进池后很快与池水搅拌混合，沿池周任一点的污水浓度都相等。按曝气池与二次沉淀池的连接方式，又可分为合建式与分建式。合建式是曝气池和沉淀池建在一个池内，中间为曝气区，四周为沉淀区，两区之间在下部有回流缝连通，称加速曝气池，也称曝气沉淀池；分建式是曝气池和沉淀池分建。②按曝气装置的设备不同，可分为机械曝气和鼓风曝气。③按曝气器沿曝气池水深的竖向位置不同，可分为表面曝气、浅层曝气、中层曝气和深层曝气。④在二次沉淀池后，增设污泥再生池，回流污泥单独曝气后回流，称吸附再生法。⑤以普通曝气的污泥负荷为基数，按污泥负荷的高低，可分为高负荷曝气法和低负荷曝气法。前者如改良曝气，曝气时间很短，仅1～2 h，而混合液浓度很低；后者如延时曝气，其曝气时间较长，一般在12 h以上。⑥按污水在曝气池中的流态划分为连续流和间歇流，一般为连续流。在20世纪后半叶，由于仪表和自控技术的进步，间歇流有了长足的发展，形成序批法（SBR）系列，如一体化法、循环流活性污泥法（CASS）等。随着水体富营养化的产生，又出现厌氧、缺氧与好氧段串联的生物脱氮、除磷的活性污泥法。20世纪60年代后，还发展了以纯氧或富氧为氧源的氧气曝气，以及用深达100m左右的竖井作为曝气池的深井曝气，所有这些均属于活性污泥法范畴。 活性污泥系统的另一关键构筑物是二次沉淀池。其功能是澄清混合液，并回收、浓缩活性污泥，其效果优劣直接影响出水水质和回流污泥浓度。如果回流污泥的浓度降低，将影响曝气池的净化效果。 发展 20世纪50年代以来，由于引入反映生化机理的微生物生长动力学，形成对活性污泥数学模型的研究，逐渐成为环境工程领域科学研究、工艺设计和过程控制的重要手段。 1955年美国埃肯费尔特（Eckenfelder W.W.Jr）提出经验模型，主要考虑处理厂负荷与处理结果之间的关系，模型的推导以有机物的降解服从一级反应为基础。1970年美国劳伦斯—麦卡坦（Lawrence-McCarty P.L）模型引入了法国莫诺特（Monod J.）方程，说明微生物增长与有机物降解之间的关系。上列传统活性污泥法数学模型不能满足过程控制和动态模拟的需求。 1986年国际水质协会（IAWQ）提出活性污泥1号模型（ASM1），包含碳氧化、硝化和反硝化等处理工艺，13种生物组分和4种生物过程，以矩阵形式给出了每种生物过程的速率表达式等。针对ASM1中缺少生物除磷的内容，1995年IAWQ推出活性污泥2号模型（ASM2），在原有基础上增加生物除磷和生物化学同时除磷两个处理工艺。它划分了19种组分和19种生物过程，主要适用于一般城市污水。1999年初IAWQ又推出活性污泥3号模型（ASM3），主要针对ASM1运行几年来的缺陷，进行更为合理的改进。同时新增“有机物贮藏”工艺过程，使实施更为方便。 中国在数学模型研究方面相对滞后，主要是缺乏大量实验数据，应建立在各种地域条件下的参数体系，以便切实有效地应用、开发和推广活性污泥数学模型。
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