參與討論群友（排名不分先后）：

中國市政工程華北設計研究總院二院 周丹副總工（資料整理）

上海市政工程設計研究院 沈昌明 高工

上海市政工程設計研究院 趙國志 高工

中國市政工程東北設計研院 高旭副總工；

中國市政工程華北設計研究總院二院 崔洪升副總工；

首創(chuàng)股份 劉智曉博士；

北京市政院 高守友博士/高工；

美國杜克大學訪問學者 許世偉博士

諾衛(wèi)環(huán)境 閆懷國總工；

江蘇環(huán)保產業(yè)研究院 陳珺總工；

哈爾濱理工大學 閆險峰教授；

安徽國禎環(huán)保 侯紅勛 博士/總工程師

上海海洋大學 冀世峰 博士

廣州華浩 馮祥軍 高工

廣東省建筑設計院 余濤高工

江南大學 嚴群 博士

關于活性污泥數學模型模擬討論：

1、仿真模擬軟件主要是基于某種數學模型開發(fā)的應用軟件，常用的有Biowin，GPS一X，West等。這些軟件各有所長。

2、不同的模擬軟件內核類似，參數的屬地化很重要。水質參數肯定要實測的，關鍵動力學和化學計量學參數也需要實測。其中一個比較重要的參數是是溶解性不可生物降解COD。污泥轉化率和自養(yǎng)菌最大比增長速率，這兩個參數也需要重點關注，有條件一定要測一下。

3、本次議題討論到的Biowin軟件有很多優(yōu)點，但在使用過程中要根據實際不斷修正參數，所以做為校核模擬還可以。模型中的涉及到的關鍵參數，如模型中設定的硝化菌的比增長數率為0.95，這顯然不符合我國的情況，需要實地測定。如高明市的硝化菌的比增長數率進行屬地化測量，分析結果是約為0.65左右，這就是屬地化，而BIOWIN中，有多個需要屬地化的參數，且要準確測定這些參數難度大，誤差 大，這是最困難的事情。
4、模擬軟件（在我國）應用的困難在于城市污水處理廠進水中通�；煊幸欢ū壤�的工業(yè)廢水，（參數波動性大。）模型中很多缺省數值，關鍵的屬地化參數，測定非常麻煩，甚至誤差很大。就COD組份就變化很大，即使同一污水廠。模擬建立在大量假設的基礎上。每個實際項目輸入差異性很大，例如工業(yè)廢水的排入等。所以應用的關鍵還是參數選取難，不論是工業(yè)廢水還是生活污水。即便拿到相關數據，也需要用一些方法去檢驗這些數據的可靠性。

5、活性污泥數學模擬的應用及展望
目前模擬主要是用在設計參數復核，和運行管理指導，還沒有到實質性的應用階段。
模型不一定能幫你解決問題，但可能會幫你找到產生問題的原因。污水處理廠可控的運行參數不多，可利用模擬工具提高控制的精度。
設計的模擬是為了將來省去做生產試驗的時間和費用！運行的模擬是為在水質波動情況下調整參數(做專家做的〉，達到出水穩(wěn)定，更多是故障診斷與修復。
其實模擬的過程就是研究的過程，從大量數據中可以總結經驗，所以模型化、大數據化肯定是未來污水處理發(fā)展的正確方向。
當今模型的參數測定相對已經比較成熟了，荷蘭STOWA的導則、美國WERF的方法都比較成型�，F在是在向實用的方向發(fā)展，尤其是數據收集、reconcilation，calibration, validation，各方面的資料在講模型時大篇幅的都是在這些方面�，F在IWA的一個專家組在做Good modelling for practice。就是在推動模型向著實用的方向發(fā)展。

背景知識：關于活性污泥數學模型

活性污泥動力學模型即活性污泥法數學模型，該研究始于20世紀50年代，其模型研究經歷了從簡單擬合實驗數據到采用經典的微生物生長動力學模型，進而根據污水生物處理過程的特性進行過程動態(tài)分析、探索辨識建模的發(fā)展過程;實現了從指導活性污泥工藝設計，到研究活性污泥工藝的動態(tài)過程、系統(tǒng)的高效率低能耗運行的轉變，并出現了相應的商業(yè)化軟件。

1.模型概述

活性污泥動力學模型即活性污泥法數學模型，該研究始于20世紀50年代，其模型研究經歷了從簡單擬合實驗數據到采用經典的微生物生長動力學模型，進而根據污水生物處理過程的特性進行過程動態(tài)分析、探索辨識建模的發(fā)展過程;實現了從指導活性污泥工藝設計，到研究活性污泥工藝的動態(tài)過程、系統(tǒng)的高效率低能耗運行的轉變，并出現了相應的商業(yè)化軟件。

2.理論研究發(fā)展

活性污泥數學模型基本點是從表示細胞生長動力學的Monod方程出發(fā)，結合化工領域的反應器理論與微生物學理論，對基質降解、微生物生長等各參數之間的數學關系做定量描述。

2.1靜態(tài)模型

20世紀50年代中期，國外一批學者引入化工領域的反應器理論及微生物理論，通過基質降解、微生物生長及各參數之間的關系建立了各自的活性污泥靜態(tài)數學模型。其中具有代表性的有Eckenfelder等揮發(fā)性懸浮固體(Volatile Suspended Solid , VSS )積累速率經驗公式提出的話性污泥模型，Mckinney等活性污泥全混假設提出的活性污泥模型和Lawrence , McCartv L等基于微生物生長動力學理論提出的話性污泥模型。這3種模型所采用的是生長—衰減機理。這此模型對實際的生化反應系統(tǒng)作了很大簡化，其區(qū)別僅在于有機物降解速率表達式和活性污泥組分劃分的差異。由于模型計算結果可基本滿足活性污泥工藝設計的要求，且具有模型變量易測、動力學參數確定及方程求解方便等特點，迄今仍廣泛用于活性污泥的工藝設計。但是，這此靜態(tài)模型只考慮了污水中含碳有機物的去除，并沒有考慮氮磷的去除過程;不能解釋和描述污水生物處理中常見的有機物“快速去除”和出水中有機物濃度隨進水濃度變化的現象;也不能很好地預測實際觀察中存在的有機物濃度增加時，微生物增長速率變化的滯后效應。

2.2動態(tài)模型

20世紀80年代由于水體富營養(yǎng)化等問題越來越嚴重污水處理去除氮、磷等要求為數學模型提出了新的研究方向。

1975年，Andrews J F提出了“存儲一代謝”機理，該機理認為在活性污泥法污水處理過程中，非溶解性有機物和部分溶解性有機物首先被生物絮體快速吸附，以細胞內貯存物的形式被貯存，然后再被微生物利用、Jones等提出了“存活一非存活”機理模型，認為有機物的降解可以在不伴隨微生物增長的情況下完成，強調非存活細胞的代謝話性、1987年，Mo-gens}%}等在總結前人尤其是南非的Marais和Dold等人工作的基礎上，提出IWA ( International Water Association , IWA )活性污泥1號模型ASM1(Activated Sludge Model No.l )。 ASM1采用了Dold等人提出的“死亡—再生( death-regeneration )”的模型化方法，但未接受“貯存一代謝”機理，而采用“死亡一再溶解”機理，體現了對代謝殘余物的再利用。

ASM1包括了碳氧化、硝化和反硝化過程，以矩陣形式描述了污水中好氧和缺氧條件卜所發(fā)生的有機碳水解、微生物生長和衰減等8個反應過程。模型包含13種組分、5個化學計量參數和14個動力學參數。模型可以很好地描述活性污泥法污水處理系統(tǒng)的構造狀況、進水水質特性及系統(tǒng)運行參數、ASM1是模擬硝化和反硝化的良好工具，促進了關于模型和污水特性描述的進一步研究，自推出以來在歐美得到廣泛應用，但模型并未包含磷的吸收和釋放過程，無法模擬包含除磷過程的污水處理系統(tǒng)，限制了ASM1的進一步應用。

為了彌補ASM1的不足，IWA專家組于1995年推出含有19種組分、19個反應過程,22個化學計量參數及42個動力學參數的話性污泥25模型ASM2‑ ASM2是ASM1的延伸，沿用了ASM1的概念，包含了ASM1的所有工藝過程，即碳和氮的去除，還包含生物除磷過程，增加了厭氧水解、發(fā)酵及生物除磷、化學除磷等8個反應過程、該模型可以對化學需氧量(Chemical Oxygen Demanded,COD)、氮磷去除的綜合處理工藝進行動態(tài)模擬。ASM2不是生物除磷模型的最終形式，它介于簡單和復雜之間，是許多關于正確的模型應該是什么樣子的不同觀點的一個折中方案，它更應該被看作是模型進一步發(fā)展的一個概念平臺。

隨著對生物除磷機理的認知，在隨后推出的活性污泥2D號模型ASM2D中又加入了聚磷菌在缺氧條件卜的生長過程，使其含19種組分、21種反應、22個化學計量參數及45個動力學參數。ASM2D解決了ASM2中沒有解決的與聚磷菌有關的反硝化問題，增加了兩個過程來說明聚磷菌可利用細胞內的有機貯存產物進行反硝化。與ASM2相比，在模擬硝酸鹽和磷酸鹽動力學方面,ASM2D更準確。ASM2D被看作是進一步研究和發(fā)展話}h'I污泥系統(tǒng)除磷脫氮過程動力學模型的平臺和參考。

隨著對有機物貯存試驗認識的深化，針對ASM1在實際應用中出現的問題,1998年IWA推出了活性污泥35模型ASM3,含有13種組分、12個反應過程,6個化學計量參數和21個動力學參數}, ASM3所涉及的主要反應過程和ASM1相同，即以處理生話污水為主的話性污泥系統(tǒng)的碳氧化過程和硝化、反硝化過程，但沒有包括生物除磷過程，側重點也由水解轉為有機物的貯存。該模型修正了ASM1的某此缺陷，增加了有機物的存儲過程，將以水解反應為代表的衰減過程改為用內源呼吸過程來解釋，從而更逼真地展示了衰減過程。由于ASM3將異養(yǎng)菌的“死亡一再生”循環(huán)過程與硝化菌的衰減過程清晰地分開了，因此ASM3的COD數據流圖比ASM1簡中了許多。

3.應用與改進

ASM系列模型的復雜性導致無法將完整的模型直接應用于污水廠的設計、模擬和運行控制，這就需要根據具體條件將模型適當修正和簡化。

季民等在總結IA W活性污泥模型的基礎上，建立了適合于普通推流式活性污泥法的碳氧化數學模型;應用MATLAB數學軟件，在WINDOWS操作平臺上開發(fā)出模擬系統(tǒng)。該模擬系統(tǒng)考慮了8個組分和3個生化過程。應用該模擬系統(tǒng)模擬了人津紀莊子污水處理廠的實際運行資料，模擬結果與實測數據吻合較好。

劉芳以活性污泥1號模型(ASM1)為開發(fā)平臺，建立了簡化的話性污泥數學模型(ASM-CN )該模型主要描述了碳氧化和硝化過程，其中模型組分、反應過程和參數的數量都少于ASM1，從而提高了該模型在城市污水廠中的實用性。通過測定模型組分、化學計量系數和動力學參數，為模型的應用提供了重要的前提和基礎。最后利用ASM-CN模型對實際城市污水廠的運行進行了動態(tài)模擬，模擬結果良好，驗證了ASM-CN模型的實用性和有效性，并且也驗證了模擬程序的準確性。

Manga J等根據生物除磷工藝中缺氧條件下出現的聚磷菌生長、聚磷酸鹽積累及肝糖的積累現象，對ASM2D進行了修正。引進了聚糖菌的競爭生化反應過程;增加組分聚糖菌XGAO,聚糖菌細胞內積累物XPHA,G，聚磷菌細胞內積累物XGLY及聚糖菌細胞內積累物XGLY , G ;同時新添了11個反應動力學方程，運用3種不同的污泥齡進行中試實驗，結果證明能夠更好地說明除磷工藝中出現的現象。