汪慧貞 吳俊奇
(北京建筑工程學院城市建設工程系)

　　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用。據1993年不完全統計，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，人們對它的認識也不斷深入，其設計逐漸從簡單采用經驗數據發展到使用數學模型。?
　　50年代后，國外一些學者引入化工領域的反應器理論及微生物學的生物化學理論，將基質降解、微生物生長及各參數之間的關系用數學模型來表示，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，認為系統出水水質僅與泥齡有關，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的，無論是參數的求解還是計算過程都相對簡單。

1 活性污泥模型的發展　

　　傳統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、磷標準的要求，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計及運行指導的活性污泥數學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、缺氧條件下所發生的水解、微生物生長、衰減等8種反應，模型中包含13種物質、5個化學計量常數和14個動力學參數。ASMⅠ自推出以來得到廣泛應用，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的4個反應過程。因為生物除磷機理很復雜，所以ASMⅡ比ASMⅠ龐大，它含19種物質、19種反應、22個化學計量系數及42個動力學參數。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的貯藏及內源呼吸，以強調細胞內部的活動過程。
　　為操作方便模型應盡量簡單，因此不得不作一些簡化和假設，但過分的簡化又會使模型失去準確性，從而也失去使用價值，這是一個問題的兩個方面。ASMⅠ、Ⅱ、Ⅲ均為復雜的矩陣，有諸多物質、常數和參數，若要進行動態模擬則難度更大。但如今隨著計算機技術的發展，使組成數學模型的各種復雜微分方程的快速求解成為可能。對應于?ASMⅠ，1988年就開發出SSSP程序；1998年對應于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計，也可用于已有污水廠的靜態、動態模擬以尋求最佳運行狀態。

2 準確使用活性污泥數學模型

　　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：一是進水水質的分析和測定；二是模型中各參數的校正。
　　如考慮污水除磷脫氮則要測定進水構成中COD、氮、磷等溶解性和非溶解性、惰性和非惰性物質，而且具體測定方法還未規范化，這是使用模型需要克服的一大難點，也是保證模擬結果正確的前提之一。IAWQ的專家組目前正致力于進水水質測定的簡單化、規范化工作。
　　ASMⅠ、Ⅱ中均有幾十個參數，其中除了產率系數等幾個是恒定的，其它都隨環境條件的變化而變化，因此要根據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，這也是一個繁瑣的過程。根據經驗，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準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，這與發達國家的指標基本一致。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表在各有關雜志和會議論文集，但在實際使用方面還相當滯后，當務之急是邁出具體使用的步伐，通過實驗收集大量數據，得出適合于我國國情的模型參數及各地區城市污水的特征，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、動態模擬，分析其結果，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.廢水生物處理數學模式.1993

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　　(收稿日期 1998-12-07)