汪慧貞 吳俊奇
(北京建筑工程學(xué)院城市建設(shè)工程系)

　　活性污泥法于1913年在英國試驗成功以來已有近百年的歷史，它有較好的處理效果且管理方便，因而在城市污水處理中得到廣泛應(yīng)用。據(jù)1993年不完全統(tǒng)計，我國已建及在建的二級污水處理廠有118座，其中80%以上采用活性污泥法。隨著活性污泥處理工藝的推廣，人們對它的認(rèn)識也不斷深入，其設(shè)計逐漸從簡單采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)發(fā)展到使用數(shù)學(xué)模型。?
　　50年代后，國外一些學(xué)者引入化工領(lǐng)域的反應(yīng)器理論及微生物學(xué)的生物化學(xué)理論，將基質(zhì)降解、微生物生長及各參數(shù)之間的關(guān)系用數(shù)學(xué)模型來表示，其中最有代表性的是Eckenfelder、Mckinney和Lawrence-McCarty活性污泥法模型。這三種不同的模型都源自1942年Monod提出的以米—門公式為基礎(chǔ)的Monod方程。Mckinney模型與Eckenfelder模型公式相比，僅缺少了微生物濃度(X)項。Mckinney認(rèn)為在一般城市污水處理廠中，微生物濃度已足夠大，它不再是影響基質(zhì)去除率的因素。
　　1970年Lawrence-McCarty模型被推出，此模型不同于以前的各類模型，它突出了泥齡這一參數(shù)，認(rèn)為系統(tǒng)出水水質(zhì)僅與泥齡有關(guān)，而泥齡則可以通過污泥量的排放來控制，因此該模型比起前述的其它模型更具有實踐意義。在此要指出的是以上三個模型均只考慮了污水中含碳有機物的去除，而且這些模型都是靜態(tài)的，無論是參數(shù)的求解還是計算過程都相對簡單。

1 活性污泥模型的發(fā)展　

　　傳統(tǒng)活性污泥法能很好地去除污水中含碳有機物，但對來自于人體排泄、農(nóng)肥、洗滌用品的氮和磷的去除率卻只有20%～40%。
　　為了滿足出水氮、磷標(biāo)準(zhǔn)的要求，新建污水廠要考慮除磷脫氮工藝，已有的污水廠也要進行改造，這就對用于污水廠設(shè)計及運行指導(dǎo)的活性污泥數(shù)學(xué)模型提出了新的要求。在這方面南非因為水資源奇缺，著重污水回用，對生物除磷脫氮工藝的研究和使用走在了世界的前列。80年代，南非的Marais就提出了碳、氮、磷去除的動態(tài)活性污泥模型。1986年，IAWQ(International Association on Water Quality)組織了南非、丹麥、美國等五國專家，經(jīng)3年研究，推出了去除污水中碳和氮的活性污泥1號模型(ASMⅠ)，它以矩陣的形式描述了污水中好氧、缺氧條件下所發(fā)生的水解、微生物生長、衰減等8種反應(yīng)，模型中包含13種物質(zhì)、5個化學(xué)計量常數(shù)和14個動力學(xué)參數(shù)。ASMⅠ自推出以來得到廣泛應(yīng)用，但它的缺陷是未包含磷的去除。針對此問題，IAWQ專家組于1995年推出ASMⅡ，它比ASMⅠ的先進之處在于包含磷的去除，增加了厭氧水解、酵解及與聚磷菌有關(guān)的4個反應(yīng)過程。因為生物除磷機理很復(fù)雜，所以ASMⅡ比ASMⅠ龐大，它含19種物質(zhì)、19種反應(yīng)、22個化學(xué)計量系數(shù)及42個動力學(xué)參數(shù)。IAWQ的ASM問世后，得到充分肯定，是目前世界上活性污泥模型研究的主流。據(jù)報道，IAWQ的專家組將于1999年正式推出?ASMⅢ。ASMⅢ不以水解作用為重點，引入有機物在微生物體內(nèi)的貯藏及內(nèi)源呼吸，以強調(diào)細(xì)胞內(nèi)部的活動過程。
　　為操作方便模型應(yīng)盡量簡單，因此不得不作一些簡化和假設(shè)，但過分的簡化又會使模型失去準(zhǔn)確性，從而也失去使用價值，這是一個問題的兩個方面。ASMⅠ、Ⅱ、Ⅲ均為復(fù)雜的矩陣，有諸多物質(zhì)、常數(shù)和參數(shù)，若要進行動態(tài)模擬則難度更大。但如今隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，使組成數(shù)學(xué)模型的各種復(fù)雜微分方程的快速求解成為可能。對應(yīng)于?ASMⅠ，1988年就開發(fā)出SSSP程序；1998年對應(yīng)于ASMⅡ則有Efor軟件。這些程序和軟件可十分方便地使用于污水廠的設(shè)計，也可用于已有污水廠的靜態(tài)、動態(tài)模擬以尋求最佳運行狀態(tài)。

2 準(zhǔn)確使用活性污泥數(shù)學(xué)模型

　　使用計算機軟件簡化了活性污泥模型計算過程，人機直接對話操作便利，但ASMⅠ和ASMⅡ的使用還有一定困難，主要有兩方面：一是進水水質(zhì)的分析和測定；二是模型中各參數(shù)的校正。
　　如考慮污水除磷脫氮則要測定進水構(gòu)成中COD、氮、磷等溶解性和非溶解性、惰性和非惰性物質(zhì)，而且具體測定方法還未規(guī)范化，這是使用模型需要克服的一大難點，也是保證模擬結(jié)果正確的前提之一。IAWQ的專家組目前正致力于進水水質(zhì)測定的簡單化、規(guī)范化工作。
　　ASMⅠ、Ⅱ中均有幾十個參數(shù)，其中除了產(chǎn)率系數(shù)等幾個是恒定的，其它都隨環(huán)境條件的變化而變化，因此要根據(jù)實際工作條件對之進行校正。校正時要順序進行，每次僅可改變一個參數(shù)，這也是一個繁瑣的過程。根據(jù)經(jīng)驗，對某一具體污水廠而言，上述兩項使用模型的先期工作至少需要1～2個月的時間。
　　我國新頒布的城市污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)GB 8978—1996對1998年1月1日之后建成的污水廠出水中氮、磷指標(biāo)提出了明確的要求，按接納水體的等級，污水廠出水中總磷含量分別不得超過1或0.5mg/L，這與發(fā)達(dá)國家的指標(biāo)基本一致。在這種形勢下，ASMⅠ、Ⅱ的運用是必然趨勢。
　　我國在活性污泥模型的研究、使用方面起步較晚，雖然也有一些介紹模型的文章發(fā)表在各有關(guān)雜志和會議論文集，但在實際使用方面還相當(dāng)滯后，當(dāng)務(wù)之急是邁出具體使用的步伐，通過實驗收集大量數(shù)據(jù)，得出適合于我國國情的模型參數(shù)及各地區(qū)城市污水的特征，同時選出幾個不同處理工藝的活性污泥法污水廠作為試點，使用ASM進行靜態(tài)、動態(tài)模擬，分析其結(jié)果，從而逐漸縮小我國在模型使用方面與國外的差距。

參考文獻

　　1 Henze M et al.Activated Sludge Model No.1.In：IAWPRC Scientific and Technical Reports No.1.1987
　　2 Henze M et al.Activated Sludge Model No.2.In:IAWQ Scientific and Technical Reports No.3.1995
　　3 顧夏聲.廢水生物處理數(shù)學(xué)模式.1993

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　　(收稿日期 1998-12-07)