【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 物生長(zhǎng)過(guò)程以及其他組分的存在情況分為八個(gè)過(guò)程。以組分為列，過(guò)程為行，將曝氣池各組分和過(guò)程一一對(duì)應(yīng)于模型矩陣中，行與列的交叉處則表示組分對(duì)應(yīng)于相應(yīng)過(guò)程的化學(xué)計(jì)量系數(shù)。在矩陣最右側(cè)，各工藝過(guò)程的速率列于表中。任一組分的總速率等于不同過(guò)程的速率與化學(xué)計(jì)量系數(shù)之積再求和，然后根據(jù)質(zhì)量守恒定律：進(jìn)入量+反應(yīng)量排出量=0，可以計(jì)算出任意過(guò)程任意組分的反應(yīng)量?；瘜W(xué)計(jì)量系數(shù)可以通過(guò)過(guò)程的COD、氮和堿度的平衡方程求得。在ASM1中還給出了廢水特性、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的估計(jì)方法，但是當(dāng)條件不足時(shí)，也可以采用模型給出的推薦值來(lái)實(shí)際模擬，以尋求進(jìn)一步的更精確值?；钚晕勰嘁惶?hào)模型是目前已經(jīng)被證實(shí)的有效研究模擬硝化和反硝化的工具。應(yīng)用此模型，我們可以將過(guò)程的變量和參數(shù)控制在一定變化之中，從來(lái)來(lái)模擬曝氣反應(yīng)池的實(shí)際降解情況和各反應(yīng)池的實(shí)際組分濃度，以此來(lái)評(píng)斷處理工藝是否合理；也可以通過(guò)對(duì)相關(guān)處理情況的設(shè)置，來(lái)進(jìn)行曝氣反應(yīng)池的優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是，活性污泥一號(hào)模型僅僅考慮了有機(jī)物和氮的去除途徑，關(guān)于反應(yīng)池體內(nèi)磷的降解情況，并沒(méi)有涉及。因此，在城市污水日益要求嚴(yán)格的今天，模型就有待提高和發(fā)展，于是活性污泥二號(hào)模型應(yīng)用而生。、活性污泥二號(hào)模型活性污泥二號(hào)模型（包括ASM2和ASM2D）是在活性污泥二號(hào)模型基礎(chǔ)上的延生。ASM2沿用了ASM1的矩陣表示和質(zhì)量平衡計(jì)算，但它更為復(fù)雜，包含了生物除磷過(guò)程，劃分出了更多的用來(lái)描述模型的組分和過(guò)程。ASM2與ASM1模型主要不同之處在于其包含的生物區(qū)分了細(xì)胞結(jié)構(gòu)，因此必須區(qū)分出不同作用的微生物，而不能籠統(tǒng)的用微生物質(zhì)量濃度來(lái)表示。另外，除了生物過(guò)程，ASM2還定義了二個(gè)化學(xué)過(guò)程，來(lái)模擬磷的化學(xué)沉淀。ASM2共劃分出來(lái)十九種組分，十九個(gè)過(guò)程、二十二個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)和四十二個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。它關(guān)于活性污泥法同時(shí)去除有機(jī)物、氮和磷的研究，給我們提供了一個(gè)強(qiáng)很好的借鑒，為我們進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)出生物脫氮除磷的復(fù)合模型打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但是模型中關(guān)于生物除磷部分的研究，還未能達(dá)到足夠高的可靠程度。ASM2D模型是在ASM2模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的延伸模型，沿用了ASM2模型的基本思想。在ASM2模型中，與PAO相關(guān)的反硝化問(wèn)題并未得到很好的解決。在ASM2D中，假設(shè)PAO中包含兩部分微生物，其中一部分可以利用NO3為電子受體在缺氧環(huán)境中進(jìn)行聚磷，同時(shí)NO3得以去除，當(dāng)然，這部分PAO在缺氧環(huán)境中的生長(zhǎng)及代謝速率都低于好氧環(huán)境。ASM2D模型中共定義了二十個(gè)組分、二十一個(gè)過(guò)程、二十二個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)以及四十五個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。與ASM2相比，ASM2D的一大優(yōu)勢(shì)在于：對(duì)磷酸鹽、硝酸鹽降解的動(dòng)力學(xué)模擬更為準(zhǔn)確。同樣的，ASM2D也有其限制因素，主要為：（1）只適用于PH接近7的城鎮(zhèn)污水，應(yīng)用范圍受到限制；（2）溫度有效范圍是1025℃，過(guò)高過(guò)低都受到限制；（3）模型中組分發(fā)酵產(chǎn)物假定為不溢流至好氧池，若出現(xiàn)溢流，模型不能很好說(shuō)明。、活性污泥3號(hào)模型ASM3模型是最新研究出的活性污泥數(shù)學(xué)模型，它的思想和ASM1相似，是為了克服ASM1日益出現(xiàn)的問(wèn)題而生的。ASM3模型包含了有機(jī)物的降解、氮的去除過(guò)程，對(duì)于磷的脫除并未納入考慮。因此對(duì)于包含了厭氧池的污水處理工藝而言，模擬效果可能會(huì)有所偏差。ASM3定義了十三個(gè)組分，九個(gè)反應(yīng)過(guò)程，目前常常被作為一個(gè)模塊用于自動(dòng)編程控制中，應(yīng)用十分方便。、ASM2D模型、概念性方法ASM2是在ASM1的基礎(chǔ)上延伸而來(lái)的模型，ASM2更為復(fù)雜，它劃分了更多的組分來(lái)描述污水和污泥性質(zhì)，包括了更多的過(guò)程來(lái)描述曝氣池的生物化學(xué)反應(yīng)，在描述有機(jī)物氧化和氮去除的過(guò)程的同時(shí)，闡明了磷的生物去除過(guò)程。ASM2與ASM1模型主要不同之處在于其生物量具有了內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)，因此必須區(qū)分出不同作用的微生物，微生物質(zhì)量濃度不能籠統(tǒng)的用微生物濃度來(lái)表示。在此前提下，模型中才能增加生物除磷過(guò)程。ASM2D則是根據(jù)ASM2思想，增加了兩個(gè)過(guò)程來(lái)，說(shuō)明聚磷菌PAO可以在缺氧環(huán)境中利用體內(nèi)貯藏的內(nèi)碳源，反硝化聚磷，在反硝化脫氮的同時(shí)達(dá)到聚磷的效果。與ASM2假設(shè)不同，ASM2D假設(shè)PAO不僅可以在好氧環(huán)境中利用氧氣做電子受體來(lái)吸磷，也包含著一部分反硝化聚磷菌，它們可以在缺氧環(huán)境利用硝酸鹽（都以硝酸鹽計(jì)，不考慮反硝酸鹽的存在）來(lái)做電子受體進(jìn)行吸磷。同時(shí)，除了生物過(guò)程，ASM2D也增加了化學(xué)過(guò)程，來(lái)模擬化學(xué)除磷過(guò)程。ASM1是以COD來(lái)描述顆粒性有機(jī)物和活性污泥的總的質(zhì)量濃度，ASM2則不同，因?yàn)樗奈勰嘀邪艘徊糠志哿姿猁}，而聚磷酸鹽并不對(duì)COD有任何貢獻(xiàn)，因此ASM2引進(jìn)一個(gè)新的組分—總懸浮固體（TSS）。TSS也同時(shí)包括了進(jìn)水和磷的化學(xué)沉淀過(guò)程中的無(wú)機(jī)顆粒。關(guān)于這一點(diǎn)，ASM2D中與ASM完全相同。ASM2沒(méi)有區(qū)分單個(gè)細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只考慮了生物量總體的平均組成。由于每個(gè)細(xì)胞不一定處于相同的生長(zhǎng)時(shí)期，則單個(gè)細(xì)胞的組成和結(jié)構(gòu)可能和群體有所不同。ASM2所用的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式是非線性的，因此，平均行為不一定從平均性質(zhì)來(lái)得到。國(guó)際水協(xié)課題組最終決定從實(shí)用性角度出發(fā)，采用以平均性質(zhì)預(yù)測(cè)平均行為來(lái)推導(dǎo)模型。．矩陣符號(hào)ASM2D模型引用ASM1思想，表述上采用矩陣形式。以組分i為列，過(guò)程j為行，將曝氣池各組分和過(guò)程一一對(duì)應(yīng)于模型矩陣中，化學(xué)計(jì)量系數(shù)?ji對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的行與列的交叉處。在矩陣最右側(cè)，各工藝過(guò)程的速率列于表中。過(guò)程速率方程為矢量ρj，組分i的反應(yīng)速率可以用該組分在所有過(guò)程中的生成或消耗速率來(lái)計(jì)算得到：在化學(xué)計(jì)量的矩陣中，每個(gè)過(guò)程j中對(duì)應(yīng)的的某一個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)?jk取值為1或1，其余化學(xué)計(jì)量系數(shù)則給出了代數(shù)方程，該代數(shù)方程是根據(jù)守恒方程（COD質(zhì)量守恒、N質(zhì)量守恒、P質(zhì)量守恒和電荷守恒）得到。．守恒方程守恒方程的思想即為元素、電荷、電子既不能產(chǎn)生也不會(huì)消失。根據(jù)守恒思想可以計(jì)算得到化學(xué)計(jì)量系數(shù)。ASM1中的守恒方程包括COD質(zhì)量守恒、N質(zhì)量守恒和電荷守恒方程，ASM2D在ASM1的守恒基礎(chǔ)上增加了P質(zhì)量守恒。另外，ASM2D還包含了一個(gè)將不同的固體組分都轉(zhuǎn)化為總懸浮固體XTSS的守恒方程。對(duì)任意組分i，其參與的所有過(guò)程j和質(zhì)量平衡涉及到的物質(zhì)c都符合下述守恒方程：式中：?ji:組分i在過(guò)程j中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)（Mi/Mk） Ici:轉(zhuǎn)化因子（Mc/Mi）,將組分i換算為參與守恒計(jì)量的物質(zhì)c每個(gè)方程中都包含著一個(gè)預(yù)測(cè)性信息，可將其應(yīng)用于其相應(yīng)的過(guò)程。若其他系數(shù)已知，各守恒方程可以允許有一個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)通過(guò)預(yù)測(cè)確定，無(wú)需再通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。在ASM2及ASM2D中，化學(xué)計(jì)量系數(shù)可以通過(guò)以下方程估計(jì)：SOSNO3和SN2可以通過(guò)COD守恒估計(jì)SNH4可以通過(guò)氮守恒估計(jì)SPO4通過(guò)磷守恒估計(jì)堿度SALK通過(guò)電荷守恒估計(jì)總懸浮固體可以從總固體守恒估計(jì)下表總結(jié)概括了各個(gè)轉(zhuǎn)化因子，這些轉(zhuǎn)化因子都是基于化合物為參與守恒的物質(zhì)，由化學(xué)計(jì)量學(xué)得來(lái)。 指標(biāo)因子i守恒所對(duì)應(yīng)的組分單位iCOD,i(g COD)iN,i(g N)iP,i(g P)iCharge,i(mole+)iTSS,i(g TSS)1SO2g(O2)12SFg(COD)1iN,SFIP,SF3SAg(COD)11/644SNH4g(N)1+1/145SNO3g(N)64/1411/146SPO4g(P)17SIg(COD)1iN,SIiP,SI8SALKmol(HCO3)19SN2g(N)24/14110XIg(COD)1iN,XIip,XIiTSS,XI11XSg(COD)1iN,XSiP,XSiTSS,XS12XHg(COD)1iN,BMiP,BMiTSS,BM13XPAOg(COD)1iN,BMiP,BMiTSS,BM14XPPg(P)11/3115XPHAg(COD)116XAUTg(COD)1iTSS,BM17XTSSg(TSS)118XMeOHg(TSS)119XMePg(TSS)1該模型中的組分都可認(rèn)為是在整個(gè)系統(tǒng)中均勻的分布，分為溶解性組分和顆粒性組分兩大類，溶解性組分用大寫(xiě)字母S表示，顆粒性的組分用大寫(xiě)字母X表示（不同組分通過(guò)下標(biāo)區(qū)分）。假設(shè)活性污泥只與顆粒性組分有關(guān)，由于活性污泥的生物絮凝作用，顆粒組分可以絮凝到活性污泥上，而溶解性組分與活性污泥無(wú)關(guān)，他們只在水體中遷移。所有顆粒性組分必須不帶有離子電荷，即都為中性粒子，而溶解性組分則無(wú)此要求，可以帶有電荷。1發(fā)酵產(chǎn)物SA（M（COD）/L）假設(shè)發(fā)酵產(chǎn)物可按乙酸來(lái)模擬，實(shí)際上也包含了其他所有的發(fā)酵產(chǎn)物。由于發(fā)酵進(jìn)行在生物代謝過(guò)程中，其產(chǎn)物有別于其他溶解性物質(zhì)，需要單獨(dú)模擬。2污水堿度SALK（mol (HCO3)/L）堿度是用生化反應(yīng)過(guò)程中的電荷平衡來(lái)計(jì)算得來(lái)，劃分堿度的目的是判斷模型系統(tǒng)中是否會(huì)出現(xiàn)低PH值（）,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并避免低PH對(duì)生物的抑制作用。堿度是以重碳酸鹽堿度（HCO3）為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行化學(xué)計(jì)量學(xué)的計(jì)算。3可發(fā)酵的易生物降解有機(jī)物SF（M（COD）/L）異養(yǎng)菌直接利用這部分有機(jī)物。由于SF定義為了可發(fā)酵的易生物降解有機(jī)物，因此不包含SA這部分有機(jī)物。4惰性溶解性有機(jī)物SI（M（COD）/L）溶解性惰性有機(jī)物可以來(lái)源于顆粒性組分降解而得到，也可以是進(jìn)水直接帶來(lái)的。在ASM2D系統(tǒng)中，SI并未得到去除，是COD的一直貢獻(xiàn)者。5氮?dú)釹N2（M（N）/L）ASM2D模型假設(shè)反硝化只有氮?dú)庖环N產(chǎn)物，并無(wú)其他未完全反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)生。氣體交換容易對(duì)氮?dú)猱a(chǎn)生影響。6氨氮及銨態(tài)氮SNH4（M（N）/L）考慮到電荷平衡的要求，假設(shè)SNH4并無(wú)氣態(tài)氨氮存在，全部都是以銨態(tài)氮形式存在的。7硝酸鹽態(tài)氮及亞硝酸鹽態(tài)氮SNO3（M（N）/L）ASM2D中并沒(méi)有劃分出組分亞硝酸鹽，因此SNO3代表著硝酸鹽和亞硝酸鹽的總和。在相關(guān)化學(xué)計(jì)量學(xué)的計(jì)算中，SNO3都是以硝酸鹽來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，沒(méi)有涉及亞硝酸鹽。8溶解氧SO2（M（O2）/L）SO2受氣體交換影響。9溶解性無(wú)機(jī)磷（主要是正磷酸鹽）SPO4（M（P）/L）考慮到電荷的平衡，假設(shè)在ASM2D模型中，50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HPO42和50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的H2PO4也被包含在SPO4中，且PH不影響他們的取值。10易生物降解基質(zhì)SS（M（COD）/L）易生物降解基質(zhì)SS是指一些簡(jiǎn)單的低分子有機(jī)物，他們可以直接被異養(yǎng)菌消耗掉而促進(jìn)了異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)繁殖。在活性污泥2D模型中SS主要包括SA和SF。為了方便表達(dá)和模擬，假設(shè)慢速生物降解組分都是以顆粒態(tài)存在于活性污泥系統(tǒng)中的。（實(shí)際上也包含著部分溶解態(tài)的基質(zhì)，他們不能直接被微生物利用，而是需要水解成小分子然后再得以利用）1硝化菌XAUT（M（COD）/L）硝化反應(yīng)需要靠硝化菌來(lái)完成，硝化菌能夠利用氨氮或銨態(tài)氮在好養(yǎng)環(huán)境中進(jìn)行消化反應(yīng)，由于硝化菌屬于自養(yǎng)菌，在此過(guò)程中不需要消耗有機(jī)碳來(lái)提供碳源，而是可以利用無(wú)機(jī)碳源來(lái)完成。硝化菌在硝化反應(yīng)過(guò)程中需要耗費(fèi)堿度，為保證硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行，需要保證好氧環(huán)境中存在足夠的堿度。2異養(yǎng)菌XH（M（COD）/L）關(guān)于異養(yǎng)菌有許多假設(shè)，這些假設(shè)將異養(yǎng)菌視為一種理想態(tài)的菌種。它們可以在厭氧、缺氧、好氧不同狀態(tài)下利用有機(jī)基質(zhì)正常生長(zhǎng)，且不僅能夠在厭氧環(huán)境中發(fā)生大分子有機(jī)物的水解作用，在缺氧和好氧環(huán)境同樣能夠進(jìn)行有機(jī)物水解。在此，盡管反硝化菌也是屬于異養(yǎng)菌，但由于其已被單獨(dú)劃分出來(lái)了，這里所定義的異養(yǎng)菌不包含反硝化細(xì)菌。3惰性顆粒性有機(jī)物XI（M（COD）/L）顆粒性惰性有機(jī)物可以來(lái)源于顆粒性組分降解而得到，也可以是進(jìn)水直接帶來(lái)的。在ASM2D系統(tǒng)中，XI同SI一樣，并未得到去除，是COD的一直貢獻(xiàn)者。4金屬氫氧化物XMeOH（M(TSS)/L）劃分出金屬氫氧化物這一組分目的是通過(guò)模擬其與磷酸鹽的結(jié)合從而來(lái)估算出化學(xué)過(guò)程去除的磷的量。XMeOH可以是通過(guò)進(jìn)水而帶進(jìn)來(lái)的，也可能是模擬過(guò)程中外投加的。在相關(guān)化學(xué)計(jì)量學(xué)系數(shù)的計(jì)算中，這個(gè)組分均以氫氧化鐵為基準(zhǔn)，當(dāng)然，也可以采用其他金屬氧化物為基準(zhǔn)，只是需要相應(yīng)的改變化學(xué)計(jì)量系數(shù)以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)。5金屬磷酸鹽XMeP（M（COD）/L）上述所說(shuō)的金屬氫氧化物和磷酸鹽結(jié)合的產(chǎn)物便是金屬磷酸鹽，統(tǒng)一以磷酸鐵來(lái)計(jì)。若上述金屬氫氧化物采用其他的基準(zhǔn)，這里也相應(yīng)作修改，化學(xué)計(jì)量系數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)也隨之而作調(diào)整。6聚磷菌（PAO）XPAO （M（COD）/L）ASM2D中聚磷菌不同于ASM2中的聚磷菌，他認(rèn)為聚磷菌中包含著一部分具有反硝化聚磷的作用，因此可以在缺氧環(huán)境中利用鹽酸鹽或亞硝酸鹽來(lái)同時(shí)進(jìn)行反硝化脫氮和吸磷。但應(yīng)注意的是，聚磷菌XPAO 只是指明了菌體本身，不應(yīng)包含聚磷酸鹽XPP和細(xì)胞內(nèi)貯存無(wú)XPHA,他們只是貯藏在菌體內(nèi)部。7聚磷菌的細(xì)胞貯存物質(zhì)（PHA）XPHA （M（COD）/L）聚磷菌的細(xì)胞貯存物質(zhì)即為內(nèi)碳源，它的主要成分是聚羥基鏈烷酸。XPHA雖與XPAO有關(guān)，但正如前面所敘述的并不包含在XPAO其中。XPHA只是為了模型的方便而劃分出來(lái)的一個(gè)組分，它并不同于分析測(cè)定的PHA，也不能用化學(xué)法來(lái)對(duì)它進(jìn)行測(cè)定，但可以以物料守恒的原理被反映在COD中。XPHA在化學(xué)計(jì)量學(xué)計(jì)算中都是以與聚β羥基丁酸相同的化學(xué)組成來(lái)考慮的，即其化學(xué)式為：C4H6O2。8聚磷酸鹽（PP）XPP（M（P）/L）XPHA雖與XPAO有關(guān)，但正如前面所敘述的并不包含在XPAO其中。在生物除磷過(guò)程中，磷以聚磷酸鹽形式被聚磷菌貯藏在體