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第五讲-活性污泥法数学模型(ASM) 第五讲-活性污泥法数学模型(ASM) PAGE 34 - 第五讲-活性污泥法数学模型(ASM) 第六讲 第8章 ASM系列活性污泥数学模型 引言 20世纪80年代南非开普敦大学的 教授就提出了碳、氮、磷去除的动态活性污泥模型，其研究处于领先的地位。1982年国际水污染研究与控制协会（International Association on Water Pollution Research and Control, IAWPRC,现更名为国际水质协会，International Association on Water Quality, IAWQ）组织了丹麦、美国、瑞士、南非和日本五国五位专家成立了活性污泥法设计和运行数学模型课题组，该课题组由丹麦技术大学Mogens Henze教授任组长。该课题组在1987年以国际水污染研究与控制协会系列科技研究报告（STR）1号的形式出版了研究成果，即活性污泥1号模型（Activated Sludge Model1,ASM1）。活性污泥1号模型（ASM1）包括碳氧化、硝化和反硝化3个主要作用，以矩阵的形式描述了污水在好氧、缺氧条件下所发生的水解、微生物生长、衰减等8种生化反应过程，模型中包括13个组分、5个化学计量常数和14个动力学参数。活性污泥1号模型（ASM1）的内容不仅仅是模型本身，还提出了污水特性的描述方法。活性污泥1号模型（ASM1）得到了普遍的认同和应用，但它的缺点是模型中未包含磷的去除。 1995年课题组（由丹麦、瑞士、日本和南非四国六位专家组成）以国际水质协会系列科技研究报告（STR）2号的形式出版了活性污泥2号模型（ASM2）一书，它包括了脱氮和生物除磷处理过程，还增加了厌氧水解、酵解及与聚磷菌有关的反应过程。活性污泥2号模型（ASM2）中包括了19种生化反应过程、19个组分、22个化学计量常数和42个动力学参数。在活性污泥2号模型（ASM2）研究刚完成的时候，反硝化与生物除磷的关系尚不清楚，因此，活性污泥2号模型（ASM2）中未包含这一因素。1999年ASM2被扩展成ASM2D, ASM2D中包括了反硝化聚磷菌。ASM2和ASM2D对脱氮除磷系统有较好的模拟作用。 ASM1和ASM2排除了传统的维持（Maintenance）理论和内源呼吸理论（Endogenous Respiration），而采取了Dold等人1980年提出的死亡-再生理论（Death Regeneration）对微生物衰减过程进行了模型化处理。 1999年国际水质协会课题组（由丹麦、瑞士、荷兰和日本四国四位专家组成）推出活性污泥3号模型（ASM3）。活性污泥3号模型（ASM3）所涉及的主要反应过程和ASM1相同，但ASM3改变了ASM1中COD流向非常复杂、异养菌死亡-再生循环理论和硝化菌衰减过程的相互干扰，而是将2组菌体的全部转换过程分开，引进了有机物在微生物体内的贮藏及内源呼吸，强调细胞内部的活动过程。微生物的衰减采用了微生物内源呼吸理论 ，允许衰减过程更适应环境条件，重点由水解转到了有机物的胞内贮存。ASM3中包括了12种生化反应过程、13个组分、6个化学计量常数和21个动力学参数，可以模拟除碳、脱氮的动态过程，不包括除磷。 图8-1所示为ASM1、ASM2和ASM3模型中3种微生物衰减理论。 　　　　　　维　　持　　　　　　　　　　　合成生物体　　　　　　　　　　　合成生物体　 　　底物　　　　　　　　　　　　　废物　　　　　　　　　　　　　　底物　　　　　 　　　　　　　　合成生物体　　　　　　　　　　　内源呼吸　　　　　　　　　　　　　衰减 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 惰性物质 维持理论　　　　　　　 内源呼吸理论　　　　　　　　　　死亡—再生理论 图8-1 3种微生物衰减理论 ASM1、ASM2和ASM3的共同特点，是将活性污泥过程作为一个复杂系统进行研究，将整体分割成局部，建立各个局部的模型，再建立各局部之间的关系，试图从局部和整体的关系上来研究活性污泥过程复杂系统的动态性质。由于ASM系列模型是用微分方程组来描述活性污泥系统复杂的动态过程，因此模型更注重微生物的反应机理。 活性污泥1号模型（ASM1） 活性污泥1号模型（ASM1）描述了活性污泥系统中好氧、缺氧条件下的水解、有机物降解、微生物生长和衰减等8个反应过程，包含了异氧型和自养型微生物。模型包括了多种底物成分、氨氮、硝态氮和生物固体等12种物质的平衡。模型中有19个参数，其中包括5个化学计量系数和14个动力学参数。 建模的基本假定 活性污泥1号模型（ASM1）建模时引入的重要基本假定，即被模拟的活性污泥过程运行正常。基本假