活性污泥颗粒化数学模型的研究与应用

毛禄+洪耀鹏+姜紫微

摘要：本文主要针对活性污泥颗粒化数学模型的研究现状以及其应用情况进行论述，并对未来我国活性污泥数学模型更好的应用有所帮助和启示。

关键词：活性污泥；数学模型；污水生物处理；ASMS模型

1.引言：对于活性污泥的研究最早可以追溯到1912年，当时，英国的克拉克和盖奇最早发现活性污泥，并率先提出活性污泥的概念，简单来说，活性污泥就是微生物群体及它们所依附所有有机物质、无机物质的总和，同时也因其独特的物理性质，活性污泥被大众认知为一种好氧生物处理方法：通过大量试验证明，在对污水长时间曝气的时候就会产生污泥，与此同时污水的水质会也会得到较为明显的改善。因此，活性污泥被广泛地应用于污水生物处理领域。相对于对活性污泥的研究，活性污泥数学模型（ASM1-ASM3）的建立和提出就比较晚，也相对更有研究和实际的应用价值，因为该模型是在对之前众多活性污泥应用研究现状的基础之上，吸取经验改善不足，而提出的一种污水处理新模型，具有较大的研究价值。

2.相关理论与研究现状

本部分主要概括论述活性污泥数学模型相关理论，以及目前的研究现状，通过详细阐述对活性污泥颗粒化数学模型有一个详细的了解，为之后的研究提供理论基础。

2.1活性污泥颗粒化研究现状：颗粒污泥与普通的活性污泥相比较，有很多的优势，比如：颗粒污泥的密度更大，结构更稳定，污水处理能力也更强，总体来说，颗粒污泥是未来世界污水处理领域的一个重点发展方向。颗粒污泥主要可以分为好氧和厌氧两种类型，厌氧颗粒污泥技术目前主要被广泛应用于工业生产产生的高浓度有机废水的处理之中：相对的，好氧颗粒污泥技术的应用就不是那么广泛，并且对于该项技术直到上世纪90年代初才得以方向和利用。尽管不论是厌氧颗粒污泥技术还是好氧颗粒污泥技术目前都在各自的领域得到了较好的发展和运用，但是业界和学界对于其形成过程的认知却并没有一个统一的定论，可以肯定的是，其形成过程一定是极其复杂的，并目颗粒污泥中含有的各类元素所以的作用大小也必定都不尽相同，只有各个元素相互作用相互影响才能达到最佳的技术效果。通过对大量相关资料的整理和分析，笔者也了解到，目前国内对于颗粒污泥尤其是好氧颗粒污泥的研究还是较为广泛的，主要集中于对模型运行过程中的管理和控制方面，国内外有关于此的学术论文也比较多，基本能够反映出颗粒污泥的发展现状。

2.2活性污泥数学模型研究现状：活性污泥数学模型的研究起始于上世纪50年代，最早是基于人类的反应器理论和生物学中的生物化学理论而提出的，是目前世界污水生物处理领域中的主要运用模型之一。

以下是活性污泥数学模型（ASM1-ASM3）的主要发展历程，最早提出的ASM1模型，主要作用是硝化、碳氧化和反硝化，其作用原理在于以矩阵的形式分别描述了污水在好氧、厌氧条件下所发生的一系列反应。ASM2模式的提出是在1995年，由国际水质协会的多位专家和学者共同研究见证，值得一提的是，活性污泥2号模型（ASM2）在反应作用的过程中又增加了水解、酵解及与聚瞵菌等相关步骤，使得整个过程的呈现更加立体客观。活性污泥3号模型（ASM 3）是在2号模型提出之后的第四年通过研究得出的，总体反映的过程更加鲜明和具体，

3.ASMS简介与应用概述

本部分主要论述的是ASMS一系列活性污泥数字模型的应用状况，力图全面具体的分述其在国内国际污水处理工艺中的贡献，并且也较为详细的阐述了其在应用的过程中进行的完善和改造，总结全文的思想与建议。

3.1 ASMS数学模型简介：其实，对于ASMS数学模型的介绍在上文中已经有过，但是本部分中最要是针对该模型的发展历程进行一个总体的概括额论述，起到整体的总结所用。ASMS活性污泥1号模型（ASM1）是1987年提出的，包含硝化、碳氧化和反硝化三大过程。活性污泥2号模型（ASM2）在1995年也正是推出了除磷的净化污水的过程，然后是在1999年，国际水质协会推出活性污泥3号模型（ASM 3），用于真实地反映了微生物死亡分解的衰减过程。

3.2 ASMS在污水处理中的应用概述

3.2.1处理工艺的改造。近几年，随着国家对经济可持续发展的要求不断提升，再加上控制污染的相关法律法规的不断完善，很多重污染排放的企业都面临着发展的转型，对于活性污泥来说，可谓是找到了自身存在的最大价值和意义，国家经济和政治的大环境，也就提供了我国污水处理工艺提升的理论和现实平台。根据污水处理厂的历史资料和实际运行数据信息，以活性污泥数学模型为基础，建立符合实际污水处理工艺的模型是相对容易的事情。但是，如何最大限度的做到符合现实的工艺水准也是目前亟待解决的一大问题。3.2.2模式运行的优化。通过对ASMS系列模型作用原理的阐述，笔者认为模式的优化与改进在很大程度上是依据现实情况而定的，依据现实的污水处理水平，不断调整模式运行的工艺，以达到污水处理的最高效率。3.2.3模式工艺的成熟。ASMS一系列活性污泥数学模型的发展成熟，也将世界污水处理技术带动的有了较大的提升。其实作为一种技术工具或者说是手段，该系列模式能够有效的帮助研究者找出运行中出现问题的因子，以便在以后的发展和改进中有更加明确的方向。结论：本文的阐述内容主要是活性污泥数学模型的研究现状以及该模型目前的应用情况。研究得出，目前我国内外在活性污泥数学模型的应用较为广泛，主要存在的问题有废水特征参数的测定方法不明确、混合反应池个数、评价标准不够明晰等。希望通过本文的研究能够对我国活性污泥数学模型的应用产生一定的帮助，并且对污水处理技术评价标准的制定提供相应的参考。