【正文】 下表匯總了 ASM2D 模型各個(gè)過程的速率 序數(shù) j 過程 各過程的速率 ρ的表達(dá)式（ρ j≥ 0(MI /L在此過程中，溶解性磷酸鹽降低，可能產(chǎn)生了部分堿度，總懸浮固體有所增加，堿度和 TSS 化學(xué)計(jì)量學(xué)系數(shù)可有平衡方程求得?；瘜W(xué)沉淀作了假設(shè)：參與化學(xué)沉淀反應(yīng)的金屬離子鹽溶液是鐵鹽，即氫氧化鐵。硝化菌的最終溶解產(chǎn)物為慢速可降解有機(jī)基質(zhì) XS和可發(fā)酵有機(jī)基質(zhì) SF，因此，硝化菌的衰減和內(nèi)源呼吸為了異養(yǎng)菌生長 提供了有機(jī)基質(zhì)。同時(shí)好氧環(huán)境中發(fā)生了磷的好氧吸收，溶解性磷酸鹽減少。硝化細(xì)菌是自養(yǎng)菌，可以利用無機(jī)碳作為碳素，在好氧環(huán)境中發(fā)生硝化反應(yīng)，來完成自身的生長繁殖。 4 硝化過程中的化學(xué)計(jì)量系數(shù) 下表匯總了硝化菌 XAUT 生長、 衰減過程中的化學(xué)計(jì)量學(xué)系數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的說明。 ASM2D 假設(shè)這三個(gè)過程的以相同的速率分解，即生物相的組成不會(huì)隨衰減而發(fā)生變化。這也說明只有一部分，而并非所有的聚磷菌都可以進(jìn)行反硝化，或者是因?yàn)榉聪趸乃俾瘦^低。在好氧環(huán)境中，聚磷菌利用好氧呼吸來供能，而在缺氧環(huán)境中則利用硝酸鹽為電子受體的缺氧 呼吸來為聚磷酸鹽的形成提供必要的能量。 —— 13 過程和 14 過程，分別表示了聚磷菌在好氧環(huán)境中和缺氧環(huán)境中的生長。當(dāng)然，缺氧環(huán)境中聚磷酸鹽的合成速率小于好氧環(huán)境，需要相應(yīng)的衰減因子來對(duì)其進(jìn)行修飾。水體中溶解性的正磷酸鹽 SPO3 若要以聚磷酸鹽 XPP 的形式貯存在生物體內(nèi)，則需要相應(yīng)的能力供給。環(huán)境中因聚磷菌的活動(dòng)而導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)物有所降低，而由于磷的厭氧釋放而導(dǎo)致其濃度有所升高，為了得到較為準(zhǔn)確的化學(xué)計(jì)量系數(shù) YPO4以及動(dòng)力學(xué)參數(shù) qPHA，則需要對(duì)其分別測(cè)定。 3 聚磷菌 PAO 的過程化學(xué)計(jì)量系數(shù) 聚磷菌包含了兩部分，其中一部分不僅可以在好氧的環(huán)境中利用外碳源吸磷，可以在缺氧的環(huán)境中利用內(nèi)碳源來反硝化吸磷，下表匯總了聚磷菌 XPAO 各過程的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，對(duì)各過程的計(jì)量系數(shù)作如下說明： 序號(hào) 過程 SO2 SA SN2 SNO3 SPO3 XI XS XPAO XPP XPHA 10 XPHA的貯存 1 YPO4 YPO4 1 11 XPP好氧貯存 YPHA 1 1 YPHA 12 XPP缺氧貯存 ?12,NO3 ?12,NO3 1 1 YPHA 13 XPAO好氧生長 ?13,O2 iP,BM 1 14 XPAO缺氧生長 ?14,NO3 ?14,NO3 iP,BM 1 15 XPAO的溶解 ?15,PO4 fX 1fX 1 16 XPP的分解 1 1 17 XPHA的分解 1 1 —— 10 過程是 XPHA在聚磷菌體內(nèi)的貯存。 —— 8 過程是發(fā)酵過程。 —— 6 過程和 7 過程是在反硝化過程中，異養(yǎng)菌分別基于可發(fā)酵有機(jī)基質(zhì) SF及發(fā)酵產(chǎn)物 SA 的缺氧的生長過程。 序號(hào) 過程 SF SNH4 SPO4 SI SALK XS XTSS 1 好氧水解 1fsI YPHA ?1,PO4 fsI ?1,ALK 1 ?1,TSS 2 缺氧水解 1fsI ?2,NH4 ?2,PO4 fsI ?2,ALK 1 ?3,TSS 3 厭氧水解 1fsI ?3,NH4 ?3,PO4 fsI ?3,ALK 1 ?3,TSS 2 異養(yǎng)菌 XH的化學(xué)計(jì)量系數(shù) 下表匯總了異養(yǎng)菌 XH的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，下面對(duì)各過程的計(jì)量系數(shù)作如下說明： 序號(hào) 過程 So2 SF SA SNO3 SN2 XI XS XH 4 利用 SF的 好氧生長 HY11? HY1 1 5 利用 SA好氧生長 HY11? 1 6 利用 SF缺氧生長 HY11? ?? ? 1 7 利用 SA的缺氧生長 vNbhQn1maxsin?? ?? ?? 1 8 發(fā)酵 1 1 9 溶菌 fx 1fx 1 —— 4 過程和 5 過程是異養(yǎng)菌分別基于可發(fā)酵有機(jī)基質(zhì) SF及發(fā)酵產(chǎn)物 SA的好氧的生長過程。 、化學(xué)計(jì)量系數(shù) 1 水解過程的化學(xué)計(jì)量學(xué)系數(shù) 下表匯總了水解過程中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，慢速可生物降解有 機(jī)基質(zhì) XS 一部分降解為易生物降解有機(jī)基質(zhì) SF， 一部分轉(zhuǎn)化為惰性溶解性有機(jī)基質(zhì) SI。 當(dāng)然，若不需要化學(xué)除磷即可達(dá)到較好的除磷效果，則此過程可以棄之不用或從模型中刪除。 另外，若進(jìn)水中金屬離子濃度較低，為了強(qiáng)化磷的去除效果，也可以人為的投加適量的鹽溶液。 硝化過程涉及的過程有：硝化菌的增殖生長，硝化菌的衰減及自溶。 硝化過程 ASM2D 模型中假設(shè)硝化反應(yīng)是從氨氮或銨態(tài)氮直接生成硝酸鹽，而中間不考慮經(jīng)過亞硝酸鹽狀態(tài)。但是模型中并未考慮糖原的作用，糖原是一種重要的 PAO 碳貯存物質(zhì)（ ASM2D 把 PHA 作為 PAO 的碳源貯藏物質(zhì)，主要組成是聚羥基鏈烷酸）。 異養(yǎng)微生物的過程 異養(yǎng)微生物參與的過程有：慢速可降解基質(zhì)的厭氧水解、缺氧水解 及好氧水解，厭氧環(huán)境中由 SF到 SA的厭氧發(fā)酵，缺氧環(huán)境中 SF與 SA的氧化降解和 SNO3的反硝化脫氮，好氧環(huán)境中 SF與 SA的降解，以及異養(yǎng)微生物自身的衰減和溶解。 慢速可降解有機(jī)基質(zhì)的好氧水解過程表述了好氧條件下（溶氧 SO20）基質(zhì)的水解過程。 慢速可降解有機(jī)基質(zhì)的缺氧水解過程表述了缺氧條件下（溶氧 SO2≈0，氧化性化合物 SNO30）基質(zhì)的水解過程。 慢速可降解有機(jī)基質(zhì)的厭氧水解過程表 述了厭氧條件下（溶氧 SO2≈0，氧化性化合物 SNO3≈0）基質(zhì)的水解過程。 水解過程 大分子有機(jī)基質(zhì)、顆粒性有機(jī)基質(zhì)、膠體態(tài)有機(jī)物等慢速可降解有機(jī)基質(zhì)都不能直接被微生物利用，而是需要經(jīng)過胞外酶的水解后才能得以被異養(yǎng)菌吸收利用。 ASM2D 中所涉及到的每一個(gè)生物過程都是作用于各基質(zhì)的多種反應(yīng)過程，模型中統(tǒng)一用 COD 來表述這些基質(zhì)。 在 ASM2D 模型中，生物體被劃分為三組，分別為異養(yǎng)菌、硝化菌及聚磷菌。 、生物過程 水體中的微生物數(shù)目十分龐大，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的微生物體系，不同的微生物生長不盡相同，同種微生物由于環(huán)境的差異也出現(xiàn)不同得生長變化規(guī)律。及考慮到了活性污泥的其他無機(jī)成分 ，因此有必要對(duì)總懸浮固體的進(jìn)行預(yù)測(cè)。慢速可降解基質(zhì)包括大分子有機(jī)基質(zhì)、顆粒性有機(jī)基質(zhì)、膠體態(tài)有機(jī)物。在生物除磷過程中 ，磷以聚磷酸鹽形式被聚磷菌貯藏在體內(nèi)，從而使得水體的磷濃度下降模型中假定聚磷酸鹽是顆粒態(tài)形式存在活性污泥系統(tǒng)的，其化學(xué)組成比例式為：（ ） n。 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)組成來考慮的，即其化學(xué)式為：C4H6O2。 XPHA雖與 XPAO有關(guān)，但正如前面所敘述的并不包含在 XPAO其中。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 XPHA,他們只是貯藏在菌體內(nèi)部。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。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)。 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模擬其與磷酸鹽的結(jié)合從而來估算出化學(xué)過程去除的磷的量。 3 惰性顆粒性有機(jī)物 XI（ M（ COD） /L） 顆粒性惰性有機(jī)物可以來源于顆粒性組分降解而得到，也可以是進(jìn)水 直接帶來的。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，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。硝化菌在硝化反應(yīng)過程中需要耗費(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。 顆粒性組分 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。 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)菌的生長繁殖。 8 溶解氧 SO2（ M（ O2） /L） SO2受氣體交換影響。 7 硝酸鹽態(tài)氮及亞硝酸鹽態(tài)氮 SNO3（ M（ N） /L） ASM2D 中并沒有劃分出組 分亞硝酸鹽，因此 SNO3代表著硝酸鹽和亞硝酸鹽的總和。氣體交換容易對(duì)氮?dú)猱a(chǎn)生影響。在 ASM2D 系統(tǒng)中， SI并未得到去除，是 COD 的一直貢獻(xiàn)者。 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。 堿度是以重碳酸鹽堿度（ HCO3）為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行化學(xué)計(jì)量學(xué)的計(jì)算。由于發(fā)酵進(jìn)行在生物代謝過程中 ， 其產(chǎn)物有別于其他 溶解性 物質(zhì)，需要單獨(dú)模擬 。所有顆粒性組分必須不帶有離子電荷，即都為中性粒子，而溶解性組分則無此要求，可以帶有電荷。 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) 1 SO2 g(O2) 1 2 SF g(COD) 1 iN,SF IP,SF 3 SA g(COD) 1 1/64 4 SNH4 g(N) 1 +1/14 5 SNO3 g(N) 64/14 1 1/14 6 SPO4 g(P) 1 7 SI g(COD) 1 iN,SI iP,SI 8 SALK mol(HCO3) 1 9 SN2 g(N) 24/14 1 10 XI g(COD) 1 iN,XI ip,XI iTSS,XI 11 XS g(COD) 1 iN,XS iP,XS iTSS,XS 12 XH g(COD) 1 iN,BM iP,BM iTSS,BM 13 XPAO g(COD) 1 iN,BM iP,BM iTSS,BM 14 XPP g(P) 1 1/31 15 XPHA g(COD) 1 16 XAUT g(COD) 1 iTSS,BM 17 XTSS g(TSS) 1 18 XMeOH g(TSS) 1 19 XMeP g(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，溶解性組分用大寫字母 S 表示，顆粒性的組分用大寫字母 X表示（不同組分通過下標(biāo)區(qū)分）。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)通過預(yù)測(cè)確定，無需再通過實(shí)驗(yàn)確定。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。根據(jù)守恒思想可以計(jì)算得到化學(xué)計(jì)量系數(shù)。過程速率方程為矢量 ρ j，組分 i 的反應(yīng)速率可以用該組分在所有過程中的生成或消耗速率來計(jì)算得到： jjii ??? ?? 在化學(xué)計(jì)量的矩陣中，每個(gè)過程 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。 以組分 i 為列，過程 j 為行，將曝氣池各組分和過程一一對(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。國際水協(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)平均行為來推導(dǎo)模型。由于每個(gè)細(xì)胞不一定處于相同的生長時(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。關(guān)于這一點(diǎn)， ASM2D 中與 ASM 完全相同。 ASM1 是以 COD 來描述顆粒性有機(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）。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）來做電子受體進(jìn)行吸磷。在此前提下，模型中才能增加生物除磷過程。 、 ASM2D 模型 、概念性方法 ASM2 是在 ASM1 的基礎(chǔ)上延伸而來的模型， ASM2 更為復(fù)雜，它劃分了更多的組分來描述污水和污泥性質(zhì)，包括了更多的過程來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程的同時(shí)，闡明了磷的生物去除過程。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。 、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)的問題而生的。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。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