前言
经过格栅、沉砂池和初沉池的三重物理拦阻，污水中的固态杂质已被大量去除。然而，溶解在水中的有机污染物、氮、磷等营养物质依然存在，它们是造成水体富营养化和黑臭的元凶。此时，污水处理进入最核心、最奇妙的阶段——生物处理。在这里，亿万肉眼不可见的微生物成为“主力军”，而曝气系统则是为这支大军输送“氧气弹药”的生命线。它们共同构成的活性污泥法，是现代污水处理的灵魂。
从物理到生化：处理理念的转变
物理处理（一级处理）：目标是“分离”，利用重力、筛滤等物理手段去除污染物。
生物处理（二级处理）：目标是“转化”，利用微生物的代谢作用，将溶解性的有机污染物分解为二氧化碳、水，或将氮、磷等吸收转化，最终通过沉淀实现与水的分离。
活性污泥法是应用最广泛的生物处理技术，其核心是曝气池、活性污泥混合液和曝气系统的三元组合。
活性污泥法：微生物的“城市”
什么是活性污泥？
活性污泥是一种由大量好氧微生物（细菌、原生动物、后生动物等）及其吸附的有机、无机物质组成的黄褐色絮状泥粒。它具有巨大的比表面积和强大的吸附、氧化、分解能力。
基本工艺流程（传统推流式）
进水 → 曝气池（微生物降解污染物） → 二沉池（泥水分离） → 达标出水↑ ↓回流污泥 剩余污泥
曝气池：反应发生的主体。污水与回流污泥在此混合，在持续曝气供氧的条件下，微生物大量繁殖并降解污染物。
二沉池：将处理后的水与增殖的活性污泥分离。
回流污泥：将二沉池沉淀的大部分污泥泵回曝气池，维持池内足够的微生物浓度（MLSS）。
剩余污泥：微生物新陈代谢净增殖的部分，作为副产品排出系统，进入污泥处理线。
核心控制参数
混合液悬浮固体浓度（MLSS）：曝气池中活性污泥的浓度，通常为2000-4000 mg/L，是系统的“兵力”。
污泥负荷（F/M）：单位重量污泥在单位时间内负担的污染物量（kgBOD₅/kgMLSS·d）。它决定了微生物处于“饥饿”还是“饱食”状态，是工艺调控的最关键参数。
污泥龄（SRT）：活性污泥在系统中的平均停留时间。控制污泥龄可以培养出能处理特定污染物（如除磷脱氮）的微生物种群。
溶解氧（DO）：曝气池中必须维持的氧气浓度，通常为2-4 mg/L，是生化反应的“燃料”。
曝气系统：生化反应的“心肺”
曝气系统承担着供氧与搅拌两大核心任务，其性能直接决定处理效率与能耗。
主要类型与工作原理
（1）鼓风曝气系统（主流）
由鼓风机、空气输送管道、曝气器三部分组成。
鼓风机：提供气源，常用类型有：
曝气器（扩散器）：将空气分散成微小气泡，增加气液接触面积。是系统的核心终端。
（2）机械曝气系统
表面曝气机：通过叶轮高速旋转，将水撕碎成液滴并与空气混合，同时推动水体循环。常见于氧化沟工艺。
潜水曝气机：电机与叶轮直接潜入水下工作。
（3）射流曝气系统
利用水泵产生的高速水流，在喉管处形成负卷吸空气，进行切割混合。搅拌力强，适用于深池或高粘度废水。
曝气系统的关键性能指标
氧转移效率（OTE）：鼓入空气中的氧气溶解到水中的百分比。微孔曝气最高。
标准氧转移效率（SOTE）与曝气器效率（AE）：评价能耗的核心指标。
搅拌效果：确保池内无死角，污泥保持悬浮状态。
运行维护与常见问题
日常运行调控
根据进水负荷调节曝气量：通过DO在线仪反馈，自动调节鼓风机频率，实现精准曝气，这是最大的节能点。
控制污泥回流比：通常为50%-100%，维持MLSS稳定。
观察生物相：在显微镜下观察活性污泥中原生动物（如钟虫、轮虫）的种类和活性，是判断系统健康状况的“晴雨表”。
常见异常问题与对策
污泥膨胀：丝状菌过度繁殖，导致污泥沉降性极差，二沉池跑泥。是最棘手的运行问题。需调整营养配比、DO、负荷等环境因素，或投加药剂控制。
泡沫问题：化学泡沫（洗涤剂多）或生物泡沫（诺卡氏菌等）。可喷洒水、消泡剂，或调整工艺。
DO异常：过高（浪费能耗）或过低（处理效果下降）。检查曝气器堵塞、风机故障或负荷突变。
曝气器堵塞/损坏：定期清洗、检修，是维持高效运行的基础。
活性污泥法的演变与发展
为满足更高出水标准（如脱氮除磷）和节能需求，活性污泥法衍生出多种变型工艺：
A²/O工艺：经典的同步脱氮除磷工艺。
氧化沟：闭合循环廊道，一体化曝气与推流。
序批式活性污泥法（SBR）：时间上的推流，一池完成所有工序。
膜生物反应器（MBR）：用膜分离代替二沉池，出水水质极好。
结论
曝气系统与活性污泥法，构成了现代污水生物处理的“心脏”与“躯体”。它们将污水中无形的污染，通过微生物的生命活动，转化为可分离的污泥和清洁的气体。这个过程充满动态平衡的艺术，其高效、稳定运行是污水厂技术和管理水平的集中体现。
下一篇预告：《污水处理系列文章：设备介绍——泥水分离的关键：二次沉淀池》。微生物“饱餐”之后，如何将它们从净化后的水中高效分离出来？我们将探讨整个活性污泥工艺的收官之作——二沉池的设计与运行奥秘。
