活性污泥顆粒化數學模型的研究與應用

毛祿+洪耀鵬+姜紫微

摘要：本文主要針對活性污泥顆粒化數學模型的研究現狀以及其應用情況進行論述，并對未來我國活性污泥數學模型更好的應用有所幫助和啟示。

關鍵詞：活性污泥；數學模型；污水生物處理；ASMS模型

1.引言：對于活性污泥的研究最早可以追溯到1912年，當時，英國的克拉克和蓋奇最早發(fā)現活性污泥，并率先提出活性污泥的概念，簡單來說，活性污泥就是微生物群體及它們所依附所有有機物質、無機物質的總和，同時也因其獨特的物理性質，活性污泥被大眾認知為一種好氧生物處理方法：通過大量試驗證明，在對污水長時間曝氣的時候就會產生污泥，與此同時污水的水質會也會得到較為明顯的改善。因此，活性污泥被廣泛地應用于污水生物處理領域。相對于對活性污泥的研究，活性污泥數學模型（ASM1-ASM3）的建立和提出就比較晚，也相對更有研究和實際的應用價值，因為該模型是在對之前眾多活性污泥應用研究現狀的基礎之上，吸取經驗改善不足，而提出的一種污水處理新模型，具有較大的研究價值。

2.相關理論與研究現狀

本部分主要概括論述活性污泥數學模型相關理論，以及目前的研究現狀，通過詳細闡述對活性污泥顆粒化數學模型有一個詳細的了解，為之后的研究提供理論基礎。

2.1活性污泥顆粒化研究現狀：顆粒污泥與普通的活性污泥相比較，有很多的優(yōu)勢，比如：顆粒污泥的密度更大，結構更穩(wěn)定，污水處理能力也更強，總體來說，顆粒污泥是未來世界污水處理領域的一個重點發(fā)展方向。顆粒污泥主要可以分為好氧和厭氧兩種類型，厭氧顆粒污泥技術目前主要被廣泛應用于工業(yè)生產產生的高濃度有機廢水的處理之中：相對的，好氧顆粒污泥技術的應用就不是那么廣泛，并且對于該項技術直到上世紀90年代初才得以方向和利用。盡管不論是厭氧顆粒污泥技術還是好氧顆粒污泥技術目前都在各自的領域得到了較好的發(fā)展和運用，但是業(yè)界和學界對于其形成過程的認知卻并沒有一個統一的定論，可以肯定的是，其形成過程一定是極其復雜的，并目顆粒污泥中含有的各類元素所以的作用大小也必定都不盡相同，只有各個元素相互作用相互影響才能達到最佳的技術效果。通過對大量相關資料的整理和分析，筆者也了解到，目前國內對于顆粒污泥尤其是好氧顆粒污泥的研究還是較為廣泛的，主要集中于對模型運行過程中的管理和控制方面，國內外有關于此的學術論文也比較多，基本能夠反映出顆粒污泥的發(fā)展現狀。

2.2活性污泥數學模型研究現狀：活性污泥數學模型的研究起始于上世紀50年代，最早是基于人類的反應器理論和生物學中的生物化學理論而提出的，是目前世界污水生物處理領域中的主要運用模型之一。

以下是活性污泥數學模型（ASM1-ASM3）的主要發(fā)展歷程，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陣的形式分別描述了污水在好氧、厭氧條件下所發(fā)生的一系列反應。ASM2模式的提出是在1995年，由國際水質協會的多位專家和學者共同研究見證，值得一提的是，活性污泥2號模型（ASM2）在反應作用的過程中又增加了水解、酵解及與聚瞵菌等相關步驟，使得整個過程的呈現更加立體客觀。活性污泥3號模型（ASM 3）是在2號模型提出之后的第四年通過研究得出的，總體反映的過程更加鮮明和具體，

3.ASMS簡介與應用概述

本部分主要論述的是ASMS一系列活性污泥數字模型的應用狀況，力圖全面具體的分述其在國內國際污水處理工藝中的貢獻，并且也較為詳細的闡述了其在應用的過程中進行的完善和改造，總結全文的思想與建議。

3.1 ASMS數學模型簡介：其實，對于ASMS數學模型的介紹在上文中已經有過，但是本部分中最要是針對該模型的發(fā)展歷程進行一個總體的概括額論述，起到整體的總結所用。ASMS活性污泥1號模型（ASM1）是1987年提出的，包含硝化、碳氧化和反硝化三大過程。活性污泥2號模型（ASM2）在1995年也正是推出了除磷的凈化污水的過程，然后是在1999年，國際水質協會推出活性污泥3號模型（ASM 3），用于真實地反映了微生物死亡分解的衰減過程。

3.2 ASMS在污水處理中的應用概述

3.2.1處理工藝的改造。近幾年，隨著國家對經濟可持續(xù)發(fā)展的要求不斷提升，再加上控制污染的相關法律法規(guī)的不斷完善，很多重污染排放的企業(yè)都面臨著發(fā)展的轉型，對于活性污泥來說，可謂是找到了自身存在的最大價值和意義，國家經濟和政治的大環(huán)境，也就提供了我國污水處理工藝提升的理論和現實平臺。根據污水處理廠的歷史資料和實際運行數據信息，以活性污泥數學模型為基礎，建立符合實際污水處理工藝的模型是相對容易的事情。但是，如何最大限度的做到符合現實的工藝水準也是目前亟待解決的一大問題。3.2.2模式運行的優(yōu)化。通過對ASMS系列模型作用原理的闡述，筆者認為模式的優(yōu)化與改進在很大程度上是依據現實情況而定的，依據現實的污水處理水平，不斷調整模式運行的工藝，以達到污水處理的最高效率。3.2.3模式工藝的成熟。ASMS一系列活性污泥數學模型的發(fā)展成熟，也將世界污水處理技術帶動的有了較大的提升。其實作為一種技術工具或者說是手段，該系列模式能夠有效的幫助研究者找出運行中出現問題的因子，以便在以后的發(fā)展和改進中有更加明確的方向。結論：本文的闡述內容主要是活性污泥數學模型的研究現狀以及該模型目前的應用情況。研究得出，目前我國內外在活性污泥數學模型的應用較為廣泛，主要存在的問題有廢水特征參數的測定方法不明確、混合反應池個數、評價標準不夠明晰等。希望通過本文的研究能夠對我國活性污泥數學模型的應用產生一定的幫助，并且對污水處理技術評價標準的制定提供相應的參考。