活性污泥数学模型的研究应用进展与问题讨论

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1、活性污泥数学模型的研究应用进展与问题讨论论文作者：李茹莹1，季民1，任智勇1，胡振苓2，马文杰2摘要：对间歇厌氧反应器、UASB反应器、复合式厌氧反应器和厌氧滤池污泥中的发酵细菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌的数量和生物相进行了分析，并观察了颗粒污泥的结构，剖析了影响厌氧颗粒污泥形成的因素。关键词：硫酸盐有机废水发酵细菌硫酸盐还原菌产甲烷颗粒污泥ApproachestotheDevelopmentandProblemsofResearchandApplicationofActivatedSludgeModel　　Abstract:Analysisandparisonadetotheact

2、ivatedsludgemodelNo.1，2and3(ASMNo.1，2and3)proposedbyInternationalAssociationon)；modeling；parametercalibration　　近年来，国外有很多关于数学模型在饮用水处理、污泥处置、各种污水处理等工艺中的应用报道。在活性污泥工艺众多的数学模型中，由原国际水质协会（IA）发展最为成熟，应用最为广泛。但我国在该领域的研究起步较晚，在实际应用方面还相当滞后。目前国内仅有相当有限的关于模型应用的报道。本文重点讨论IA课题组于1987年正式发表了技术报告，阐明了活性污泥1号模型（ASMNo.1）的主

3、要特性。它以矩阵的形式描述了污水中好氧、缺氧条件下所发生的水解、有机物降解、微生物生长、衰减等8种反应，模型中包含13种组分、5个化学计量系数和14个动力学参数[1]。　　ASMNO.1自推出以来得到广泛应用，但它的缺陷是未包含磷的去除。针对此问题，IANo.2），它包含了磷的吸收和释放，增加了厌氧水解、酵解及与聚磷菌有关的4个反应过程。因为生物除磷机理很复杂，所以ASMNo.2非常庞大，它包含19种物质、19种反应、22个化学计量系数以及42个动力学参数[2]。该模型提出了包含化学需氧量（COD）、氮和磷去除过程在内的综合性生物处理工艺过程动态模拟理论，它不是生物除磷模型的最终方

4、案，而是一种折中方案。　　1999年IANo.3）。ASMNo.3不以水解作用为重点、引入有机物在微生物体内的贮藏及内源呼吸，以强调细胞内部的活动过程。ASMNo.3与ASMNo.1中主要现象是相关的，如以城市污水为主的活性污泥系统中的氧消耗、污泥产量、硝化和反硝化，但ASMNo.2中的生物除磷在此不予考虑。ASMNo.3包括13个组分，12个生化过程。ASMNo.3仅考虑微生物转化过程，不包括化学沉淀，但基于ASMNo.2（包含磷的吸收和释放过程）所提供的信息，很容易加入该过程[3]。1.2活性污泥1、2、3号模型（ASMNo.1～3）的比较　　ASM诸多版本的共同特点是它们均以

5、Monod方程为基础，都是多维的并包含大量的动力学参数和化学计量系数，均以矩阵的形式描述生物反应过程。　　ASMNo.1和ASMNo.2在应用过程中都有一些限制，如他们都要求pH值接近中性并保持恒定；ASMNo.1要求系统在恒定温度下运行，ASMNo.2的实用温度要限制在中等范围，大概为10～25℃，因为高温和低温状态下聚磷菌PAOS的特性尚不完全清楚，模型不一定能给出合理的预测，尤其是对于磷的去除。从ASMNo.1到ASMNo.2的最突出变化是生物量按反应过程进行了更为详细的划分，使其浓度不能简单地用分布参数XB,M。描述。除了生物除磷过程外，ASMNo.2还包含了两个“化学过程

6、”，可以用于模拟磷的化学沉淀。　　ASMNo.3与ASMNo.1大致相同，只是在废水特征化这一重要方面作了改动，将重点从水解过程转移到有机物质的储存过程。在ASMNo.1中快速可生物降解基质COD必须从呼吸试验中估算，而对这一试验的解释又依赖于异养菌产率YH的值。在ASMNo.3中溶解性COD仅由快速可生物降解基质SS和惰性可溶性有机质SI组成。从两个模型所采用的典型废水组成可以看出：ASMNo.3中SS占总COD的40％，而不象ASMNo.1中仅为10％。　　与ASMNo.1和ASMNo.2相比，ASMNo.3的一个重要区别是，通过0.45μm滤膜的过滤作用可以将溶解性成分与颗粒

7、性组分更好地区分，而前者废水游液中仍然含有相当比例的慢速可生物降解基质XS。2IANo.1对于描述碳氧化、硝化和反硝化过程具有较强的模拟预测能力。但是经过多年的实际应用，也发现ASMNo.1中存在着一些明显缺点[3]：　　①ASMNo.1中不包含氮和碱度对异养菌的限制因素，这样在某些情况下会出现负浓度（如铵盐等）。　　②ASMNo.1中包括了可生物降解的溶解性有机氮（SNS）和颗粒性有机氮（XNS）。在实践中，二者都不易测定，应将其从模型中删除。　　③ASMNo.1中