活性污泥顆粒化數(shù)學(xué)模型的研究與應(yīng)用

毛祿+洪耀鵬+姜紫微

摘要：本文主要針對(duì)活性污泥顆粒化數(shù)學(xué)模型的研究現(xiàn)狀以及其應(yīng)用情況進(jìn)行論述，并對(duì)未來我國(guó)活性污泥數(shù)學(xué)模型更好的應(yīng)用有所幫助和啟示。

關(guān)鍵詞：活性污泥；數(shù)學(xué)模型；污水生物處理；ASMS模型

1.引言：對(duì)于活性污泥的研究最早可以追溯到1912年，當(dāng)時(shí)，英國(guó)的克拉克和蓋奇最早發(fā)現(xiàn)活性污泥，并率先提出活性污泥的概念，簡(jiǎn)單來說，活性污泥就是微生物群體及它們所依附所有有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)物質(zhì)的總和，同時(shí)也因其獨(dú)特的物理性質(zhì)，活性污泥被大眾認(rèn)知為一種好氧生物處理方法：通過大量試驗(yàn)證明，在對(duì)污水長(zhǎng)時(shí)間曝氣的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生污泥，與此同時(shí)污水的水質(zhì)會(huì)也會(huì)得到較為明顯的改善。因此，活性污泥被廣泛地應(yīng)用于污水生物處理領(lǐng)域。相對(duì)于對(duì)活性污泥的研究，活性污泥數(shù)學(xué)模型（ASM1-ASM3）的建立和提出就比較晚，也相對(duì)更有研究和實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樵撃Ｐ褪窃趯?duì)之前眾多活性污泥應(yīng)用研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，吸取經(jīng)驗(yàn)改善不足，而提出的一種污水處理新模型，具有較大的研究?jī)r(jià)值。

2.相關(guān)理論與研究現(xiàn)狀

本部分主要概括論述活性污泥數(shù)學(xué)模型相關(guān)理論，以及目前的研究現(xiàn)狀，通過詳細(xì)闡述對(duì)活性污泥顆粒化數(shù)學(xué)模型有一個(gè)詳細(xì)的了解，為之后的研究提供理論基礎(chǔ)。

2.1活性污泥顆粒化研究現(xiàn)狀：顆粒污泥與普通的活性污泥相比較，有很多的優(yōu)勢(shì)，比如：顆粒污泥的密度更大，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，污水處理能力也更強(qiáng)，總體來說，顆粒污泥是未來世界污水處理領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)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(shù)目前主要被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水的處理之中：相對(duì)的，好氧顆粒污泥技術(shù)的應(yīng)用就不是那么廣泛，并且對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)直到上世紀(jì)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(shù)還是好氧顆粒污泥技術(shù)目前都在各自的領(lǐng)域得到了較好的發(fā)展和運(yùn)用，但是業(yè)界和學(xué)界對(duì)于其形成過程的認(rèn)知卻并沒有一個(gè)統(tǒng)一的定論，可以肯定的是，其形成過程一定是極其復(fù)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(gè)元素相互作用相互影響才能達(dá)到最佳的技術(shù)效果。通過對(duì)大量相關(guān)資料的整理和分析，筆者也了解到，目前國(guó)內(nèi)對(duì)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(duì)模型運(yùn)行過程中的管理和控制方面，國(guó)內(nèi)外有關(guān)于此的學(xué)術(shù)論文也比較多，基本能夠反映出顆粒污泥的發(fā)展現(xiàn)狀。

2.2活性污泥數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀：活性污泥數(shù)學(xué)模型的研究起始于上世紀(jì)50年代，最早是基于人類的反應(yīng)器理論和生物學(xué)中的生物化學(xué)理論而提出的，是目前世界污水生物處理領(lǐng)域中的主要運(yùn)用模型之一。

以下是活性污泥數(shù)學(xué)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(yīng)。ASM2模式的提出是在1995年，由國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)的多位專家和學(xué)者共同研究見證，值得一提的是，活性污泥2號(hào)模型（ASM2）在反應(yīng)作用的過程中又增加了水解、酵解及與聚瞵菌等相關(guān)步驟，使得整個(gè)過程的呈現(xiàn)更加立體客觀。活性污泥3號(hào)模型（ASM 3）是在2號(hào)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(jiǎn)介與應(yīng)用概述

本部分主要論述的是ASMS一系列活性污泥數(shù)字模型的應(yīng)用狀況，力圖全面具體的分述其在國(guó)內(nèi)國(guó)際污水處理工藝中的貢獻(xiàn)，并且也較為詳細(xì)的闡述了其在應(yīng)用的過程中進(jìn)行的完善和改造，總結(jié)全文的思想與建議。

3.1 ASMS數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)介：其實(shí)，對(duì)于ASMS數(shù)學(xué)模型的介紹在上文中已經(jīng)有過，但是本部分中最要是針對(duì)該模型的發(fā)展歷程進(jìn)行一個(gè)總體的概括額論述，起到整體的總結(jié)所用。ASMS活性污泥1號(hào)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(hào)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(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)推出活性污泥3號(hào)模型（ASM 3），用于真實(shí)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(yīng)用概述

3.2.1處理工藝的改造。近幾年，隨著國(guó)家對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求不斷提升，再加上控制污染的相關(guān)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(zhuǎn)型，對(duì)于活性污泥來說，可謂是找到了自身存在的最大價(jià)值和意義，國(guó)家經(jīng)濟(jì)和政治的大環(huán)境，也就提供了我國(guó)污水處理工藝提升的理論和現(xiàn)實(shí)平臺(tái)。根據(jù)污水處理廠的歷史資料和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，以活性污泥數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立符合實(shí)際污水處理工藝的模型是相對(duì)容易的事情。但是，如何最大限度的做到符合現(xiàn)實(shí)的工藝水準(zhǔn)也是目前亟待解決的一大問題。3.2.2模式運(yùn)行的優(yōu)化。通過對(duì)ASMS系列模型作用原理的闡述，筆者認(rèn)為模式的優(yōu)化與改進(jìn)在很大程度上是依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況而定的，依據(jù)現(xiàn)實(shí)的污水處理水平，不斷調(diào)整模式運(yùn)行的工藝，以達(dá)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(shù)學(xué)模型的發(fā)展成熟，也將世界污水處理技術(shù)帶動(dòng)的有了較大的提升。其實(shí)作為一種技術(shù)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(yùn)行中出現(xiàn)問題的因子，以便在以后的發(fā)展和改進(jìn)中有更加明確的方向。結(jié)論：本文的闡述內(nèi)容主要是活性污泥數(shù)學(xué)模型的研究現(xiàn)狀以及該模型目前的應(yīng)用情況。研究得出，目前我國(guó)內(nèi)外在活性污泥數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用較為廣泛，主要存在的問題有廢水特征參數(shù)的測(cè)定方法不明確、混合反應(yīng)池個(gè)數(shù)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不夠明晰等。希望通過本文的研究能夠?qū)ξ覈?guó)活性污泥數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用產(chǎn)生一定的幫助，并且對(duì)污水處理技術(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供相應(yīng)的參考。