活性污泥工藝是污水處理的主要工藝。在全球近6萬座城市污水處理廠中，有3萬多座采用活性污泥工藝，而其余多為規模很小的穩定塘系統。
　　活性污泥工藝本世紀初出現于英國，之后迅速在歐美得到應用。早在20年代初，我國上海就建成了采用活性污泥工藝的污水處理廠。30年代初，日本也開始采用活性污泥工藝處理污水。60年代以前，各地采用的活性污泥工藝與最初形式基本一致，稱為傳統活性污泥工藝。60年代以來，日益嚴重的水污染問題迫切需要建設大批污水處理廠，使活性污泥得到了較快的發展。本文從工藝改進和污泥膨脹兩個方面，回顧了活性污泥工藝的技術發展，討論了該工藝未來的發展趨勢。
　　1 活性污泥工藝的改進
　　傳統活性污泥工藝采用中等污泥負荷，曝氣池為連續推流式。目前仍有大批采用傳統活性污泥工藝的處理廠在運行。若只要求去除有機污染物時，傳統活性污泥工藝仍是一種可行的選擇。對傳統活性污泥工藝進行的各種改進，產生了很多種不同的活性污泥工藝。一些工藝較傳統工藝處理功能增強，一些工藝運行更加穩定，而另外一些工藝的費用大大降低或運行更加方便。這些工藝上的改進，充分滿足了各種不同的處理要求。這些改進可以分為池形的改進、運行方式的改進、曝氣方式的改進、生物學方面的改進以及投加填料等幾個方面。
　　1.1 池形的改進
　　傳統工藝采用推流式曝氣池，后來出現了完全混合式曝氣池。推流流態和完全混合流態各有其優缺點。與推流相比，完全混合式流態抗沖擊負荷能力強，但易發生短流。另外，完全混合活性污泥系統易產生絲狀菌污泥膨脹。氧化溝為環流流態，介于完全混合與推流之間，兼具二者的優點。氧化溝工藝最顯著的特點是運行管理簡便，出水穩定。
　　1.2 運行方式的改變
　　傳統工藝系連續流運行方式，且從曝氣池前端進水。運行方式的早期改進是多點進水工藝。多點進水最初的目的是平衡沿池的污泥負荷及需氧量，但后來被漸減曝氣工藝所取代。當采用串級反硝化工藝時，多點進水被用來補充各缺氧段的碳源。多點進水運行方式的另一個新用途是緩沖水力沖擊負荷。當雨季進入活性污泥系統的流量增大時，改為多點進水運行可有效防止污泥流失。
　　SBR是間歇運行的活性污泥工藝，曝氣和沉淀在同一池內完成，省去了二沉池和回流系統，使運行簡單化。最初的SBR系間歇進水間歇出水運行。后來，在反應器內加入前置區，實現了連續進水間歇出水運行。這一改進的目的是為脫氮除磷過程補充碳源，另外兼有抑制絲狀菌增長的作用。對應的工藝有CASS和ICEAS.CASS為周期循環活性污泥系統，是Trausenviro公司的專利工藝。ICEAS為間歇循環延時曝氣系統，是ABJ公司的專利工藝。這兩種工藝的本質特征都是連續進水間歇出水，屬同一種工藝。另外還有多種SBR工藝，如Aqua SBR、Om Niflo SBR、BPAS、Fluidyne等。所有這些工藝都是在曝氣設備和潷水器上作了改進，運行方式上與最初SBR一致。T型氧化溝是另外一種間歇運行方式，兩個邊溝周期性地處于曝氣和沉淀狀態，因此也省去了二沉池和回流系統。合理調整運行周期和程序，T型氧化溝也可以進行硝化和反硝化。
　　T型氧化溝的缺點是轉刷利用率太低，脫氮效率也不高。為此，Kruger公司又開發了De型氧化溝。該種氧化溝屬半間歇式運行，設有二沉池及回流系統。兩個溝為一組，交替處于硝化反硝化狀態。只脫氮的De氧化溝稱之為Biodenitro工藝；在氧化溝外設厭氧池，實現除磷時，稱之為Biodenpho工藝。由于增設了二沉池及回流系統，DE溝的轉刷利用率明顯提高。
　　間歇運行一個最新的改進是Seghers公司的Unitank工藝。該工藝的運行方式類似于T型氧化溝，但運行程序似乎更趨優化。
　　1.3 曝氣方式的改變
　　傳統活性污泥工藝既采用鼓風曝氣又采用機械表曝。鼓風曝氣又有穿孔管曝氣和微孔曝氣兩種形式。穿孔管鼓風曝氣由于氧轉移效率及動力效率太低，實際上已很少采用。
　　曝氣方式的改進主要是為了提高充氧性能，并方便運行維護。射流曝氣是曝氣方式一種較早的改進。其充氧性能高于穿孔管曝氣，且維護方便。目前，仍有新型的射流曝氣裝置出現。陶瓷微孔曝氣器早在80年代就已采用，但一直沒有得到廣泛應用。80年代中期，大批污水處理廠改造成了陶瓷微孔曝氣器，但至90年代很快又被橡膠膜片曝氣器所取代。膜片曝氣器的顯著特點是不堵塞不積垢，但由于材質原因，其壽命和理化穩定性仍是一個待解決的問題。
　　純氧曝氣也是一種較早的曝氣方式的改進，它的顯著特點是充氧性能大大提高。其原因是由于氧分壓提高，使氧在污水中的飽和溶解度增大，進而增大了氧傳質擴散的推動力。深層曝氣的充氧性能也大大提高，但原因是由于壓力的提高，導致擴散傳質推動力的增大。目前出現的氣提反應器使深層曝氣工藝趨于優化。
　　1.4 生物學方面的改進
　　傳統活性污泥工藝采用中等污泥負荷。較早的改進方式是高負荷工藝和低負荷工藝。高負荷工藝又稱高速曝氣工藝，主要是利用活性污泥強大的吸附性能在較短的時間內去除大部分有機物。吸附再生工藝和A B工藝的A段嚴格上也屬于高速曝氣工藝。低負荷工藝又稱延時曝氣工藝，除能去除有機物以外，還能實現污泥好氧穩定。
　　傳統活性污泥工藝的最大改進是各種脫氮除磷工藝的出現。早期的脫氮工藝采用二階段或三階段活性污泥工藝，有機物分解、硝化和反硝化分別在不同的活性污泥系統中完成，且反硝化過程需外加碳源。70年代初，Wuhrmann工藝將有機物分解、硝化和反硝化合并到一套活性污泥系統中，形成了早期的OA脫氮工藝。Ludzack Ettinger工藝將反硝化段移至硝化段首端，將OA工藝改進為AO工藝。之后，Baranard提出了MLE工藝，在Ludzack Ettinger工藝中加入了混合液內循環，形成了現在普遍采用的AO脫氮工藝。
　　生物除磷工藝的發展基本與生物脫氮同步。早在50年代，就已發現活性污泥“過度吸磷”（Luxuryup Tank）現象，但60年代中期，才開始理論上的研究，到70年代，才形成了現在的AO除磷工藝，又稱為Phoredox工藝。AO生物除磷工藝有兩類：主流除磷和側流除磷。主流（Main Stream）除磷工藝將放磷的厭氧段設在主工藝流程上，而側流（SIDESTREAM）工藝的厭氧段則不在工藝主路上，稱為Strip池。側流工藝也稱為Phostrip工藝，改進的目的是增加一個放磷口，提高除磷率。
　　A2O工藝將生物脫氮生物除磷綜合到了同一活性污泥系統中，是生物脫氮和生物除磷的最初結合點。A2O工藝是美國Air Products公司的專利，但在生物脫氮除磷領域很快被其他很多專利工藝所取代。對A2O工藝的改進基于生物脫氮除磷的大量基礎研究。改進的目的集中在消除脫氮與除磷的相互干擾，提高脫氮除磷效率、降低運行費用等方面。
　　UCT工藝和MUCT工藝的主要特征是消除了回流污泥中的硝酸氮或DO對聚磷菌放磷過程的影響。MUCT設置兩個獨立的缺氧區，使這種影響降至最低，并可增大內回流比，提高脫氮率。能起同樣作用的還有VIP工藝。Eimco公司的Bardenpho工藝在AO和A2O基礎上又增加一個缺氧區和好氧區，起到了精脫氮的作用。Bardenpho工藝包括四區工藝和五區工藝兩種，四區工藝用于脫氮，五區工藝用于脫氮除磷。另一類A2O的改進工藝是利用污泥發酵產生的易降解有機物（VFA），補充到A2O工藝中的厭氧段或缺氧段，以提高脫氮除磷效率。主要有NTH、Hypro Concept、Owasa、UBC和EASC等工藝類型。
　　Owasa是美國工藝，特點是初沉污泥經發酵之后，進行重力濃縮，上清液進入曝氣池的厭氧或缺氧段。NTH是挪威工藝，特點是將初污泥首先進行濃縮，將濃縮后的污泥進行熱水解（100～180℃），之后再進行離心分離，將分離液回流至曝氣池的缺氧段。挪威污水的BOD5/TN極低，脫氮所需VFA嚴重不足，而熱水解可提供較大的VFA量，能滿足脫氮需要。
　　Hypro Concept是一種丹麥工藝流程。當采用前置化學除磷時，初沉池出水中的BOD5會大大降低，必定滿足不了后續脫氮的需要，因而必須將初沉污泥進行發酵，并離心濃縮，將富含VFA的離心液回至反硝化區。