參與討論群友（排名不分先后）：

中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院二院 周丹副總工（資料整理）

上海市政工程設(shè)計(jì)研究院 沈昌明 高工

上海市政工程設(shè)計(jì)研究院 趙國志 高工

中國市政工程東北設(shè)計(jì)研院 高旭副總工；

中國市政工程華北設(shè)計(jì)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(xué)訪問學(xué)者 許世偉博士

諾衛(wèi)環(huán)境 閆懷國總工；

江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究院 陳珺總工；

哈爾濱理工大學(xué) 閆險(xiǎn)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(xué) 冀世峰 博士

廣州華浩 馮祥軍 高工

廣東省建筑設(shè)計(jì)院 余濤高工

江南大學(xué) 嚴(yán)群 博士

關(guān)于活性污泥數(shù)學(xué)模型模擬討論：

1、仿真模擬軟件主要是基于某種數(shù)學(xué)模型開發(fā)的應(yīng)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(nèi)核類似，參數(shù)的屬地化很重要。水質(zhì)參數(shù)肯定要實(shí)測的，關(guān)鍵動力學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)參數(shù)也需要實(shí)測。其中一個(gè)比較重要的參數(shù)是是溶解性不可生物降解COD。污泥轉(zhuǎn)化率和自養(yǎng)菌最大比增長速率，這兩個(gè)參數(shù)也需要重點(diǎn)關(guān)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(diǎn)，但在使用過程中要根據(jù)實(shí)際不斷修正參數(shù)，所以做為校核模擬還可以。模型中的涉及到的關(guān)鍵參數(shù)，如模型中設(shè)定的硝化菌的比增長數(shù)率為0.95，這顯然不符合我國的情況，需要實(shí)地測定。如高明市的硝化菌的比增長數(shù)率進(jìn)行屬地化測量，分析結(jié)果是約為0.65左右，這就是屬地化，而BIOWIN中，有多個(gè)需要屬地化的參數(shù)，且要準(zhǔn)確測定這些參數(shù)難度大，誤差 大，這是最困難的事情。
4、模擬軟件（在我國）應(yīng)用的困難在于城市污水處理廠進(jìn)水中通�；煊幸欢ū壤�的工業(yè)廢水，（參數(shù)波動性大。）模型中很多缺省數(shù)值，關(guān)鍵的屬地化參數(shù)，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(shè)的基礎(chǔ)上。每個(gè)實(shí)際項(xiàng)目輸入差異性很大，例如工業(yè)廢水的排入等。所以應(yīng)用的關(guān)鍵還是參數(shù)選取難，不論是工業(yè)廢水還是生活污水。即便拿到相關(guān)數(shù)據(jù)，也需要用一些方法去檢驗(yàn)這些數(shù)據(jù)的可靠性。

5、活性污泥數(shù)學(xué)模擬的應(yīng)用及展望
目前模擬主要是用在設(shè)計(jì)參數(shù)復(fù)核，和運(yùn)行管理指導(dǎo)，還沒有到實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用階段。
模型不一定能幫你解決問題，但可能會幫你找到產(chǎn)生問題的原因。污水處理廠可控的運(yùn)行參數(shù)不多，可利用模擬工具提高控制的精度。
設(shè)計(jì)的模擬是為了將來省去做生產(chǎn)試驗(yàn)的時(shí)間和費(fèi)用！運(yùn)行的模擬是為在水質(zhì)波動情況下調(diào)整參數(shù)(做專家做的〉，達(dá)到出水穩(wěn)定，更多是故障診斷與修復(fù)。
其實(shí)模擬的過程就是研究的過程，從大量數(shù)據(jù)中可以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，所以模型化、大數(shù)據(jù)化肯定是未來污水處理發(fā)展的正確方向。
當(dāng)今模型的參數(shù)測定相對已經(jīng)比較成熟了，荷蘭STOWA的導(dǎo)則、美國WERF的方法都比較成型。現(xiàn)在是在向?qū)嵱玫姆较虬l(fā)展，尤其是數(shù)據(jù)收集、reconcilation，calibration, validation，各方面的資料在講模型時(shí)大篇幅的都是在這些方面。現(xiàn)在IWA的一個(gè)專家組在做Good modelling for practice。就是在推動模型向著實(shí)用的方向發(fā)展。

背景知識：關(guān)于活性污泥數(shù)學(xué)模型

活性污泥動力學(xué)模型即活性污泥法數(shù)學(xué)模型，該研究始于20世紀(jì)50年代，其模型研究經(jīng)歷了從簡單擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到采用經(jīng)典的微生物生長動力學(xué)模型，進(jìn)而根據(jù)污水生物處理過程的特性進(jìn)行過程動態(tài)分析、探索辨識建模的發(fā)展過程;實(shí)現(xiàn)了從指導(dǎo)活性污泥工藝設(shè)計(jì)，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(yùn)行的轉(zhuǎn)變，并出現(xiàn)了相應(yīng)的商業(yè)化軟件。

1.模型概述

活性污泥動力學(xué)模型即活性污泥法數(shù)學(xué)模型，該研究始于20世紀(jì)50年代，其模型研究經(jīng)歷了從簡單擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到采用經(jīng)典的微生物生長動力學(xué)模型，進(jìn)而根據(jù)污水生物處理過程的特性進(jìn)行過程動態(tài)分析、探索辨識建模的發(fā)展過程;實(shí)現(xiàn)了從指導(dǎo)活性污泥工藝設(shè)計(jì)，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(yùn)行的轉(zhuǎn)變，并出現(xiàn)了相應(yīng)的商業(yè)化軟件。

2.理論研究發(fā)展

活性污泥數(shù)學(xué)模型基本點(diǎn)是從表示細(xì)胞生長動力學(xué)的Monod方程出發(fā)，結(jié)合化工領(lǐng)域的反應(yīng)器理論與微生物學(xué)理論，對基質(zhì)降解、微生物生長等各參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系做定量描述。

2.1靜態(tài)模型

20世紀(jì)50年代中期，國外一批學(xué)者引入化工領(lǐng)域的反應(yīng)器理論及微生物理論，通過基質(zhì)降解、微生物生長及各參數(shù)之間的關(guān)系建立了各自的活性污泥靜態(tài)數(shù)學(xué)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(jīng)驗(yàn)公式提出的話性污泥模型，Mckinney等活性污泥全混假設(shè)提出的活性污泥模型和Lawrence , McCartv L等基于微生物生長動力學(xué)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(jī)理。這此模型對實(shí)際的生化反應(yīng)系統(tǒng)作了很大簡化，其區(qū)別僅在于有機(jī)物降解速率表達(dá)式和活性污泥組分劃分的差異。由于模型計(jì)算結(jié)果可基本滿足活性污泥工藝設(shè)計(jì)的要求，且具有模型變量易測、動力學(xué)參數(shù)確定及方程求解方便等特點(diǎn)，迄今仍廣泛用于活性污泥的工藝設(shè)計(jì)。但是，這此靜態(tài)模型只考慮了污水中含碳有機(jī)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(jī)物“快速去除”和出水中有機(jī)物濃度隨進(jìn)水濃度變化的現(xiàn)象;也不能很好地預(yù)測實(shí)際觀察中存在的有機(jī)物濃度增加時(shí)，微生物增長速率變化的滯后效應(yīng)。

2.2動態(tài)模型

20世紀(jì)80年代由于水體富營養(yǎng)化等問題越來越嚴(yán)重污水處理去除氮、磷等要求為數(shù)學(xué)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(jī)理，該機(jī)理認(rèn)為在活性污泥法污水處理過程中，非溶解性有機(jī)物和部分溶解性有機(jī)物首先被生物絮體快速吸附，以細(xì)胞內(nèi)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(jī)理模型，認(rèn)為有機(jī)物的降解可以在不伴隨微生物增長的情況下完成，強(qiáng)調(diào)非存活細(xì)胞的代謝話性、1987年，Mo-gens}%}等在總結(jié)前人尤其是南非的Marais和Dold等人工作的基礎(chǔ)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(jī)理，而采用“死亡一再溶解”機(jī)理，體現(xiàn)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(jī)碳水解、微生物生長和衰減等8個(gè)反應(yīng)過程。模型包含13種組分、5個(gè)化學(xué)計(jì)量參數(shù)和14個(gè)動力學(xué)參數(shù)。模型可以很好地描述活性污泥法污水處理系統(tǒng)的構(gòu)造狀況、進(jìn)水水質(zhì)特性及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、ASM1是模擬硝化和反硝化的良好工具，促進(jìn)了關(guān)于模型和污水特性描述的進(jìn)一步研究，自推出以來在歐美得到廣泛應(yīng)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(jìn)一步應(yīng)用。

為了彌補(bǔ)ASM1的不足，IWA專家組于1995年推出含有19種組分、19個(gè)反應(yīng)過程,22個(gè)化學(xué)計(jì)量參數(shù)及42個(gè)動力學(xué)參數(shù)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(xué)除磷等8個(gè)反應(yīng)過程、該模型可以對化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demanded,COD)、氮磷去除的綜合處理工藝進(jìn)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(fù)雜之間，是許多關(guān)于正確的模型應(yīng)該是什么樣子的不同觀點(diǎn)的一個(gè)折中方案，它更應(yīng)該被看作是模型進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)概念平臺。

隨著對生物除磷機(jī)理的認(rèn)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(yīng)、22個(gè)化學(xué)計(jì)量參數(shù)及45個(gè)動力學(xué)參數(shù)。ASM2D解決了ASM2中沒有解決的與聚磷菌有關(guān)的反硝化問題，增加了兩個(gè)過程來說明聚磷菌可利用細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)貯存產(chǎn)物進(jìn)行反硝化。與ASM2相比，在模擬硝酸鹽和磷酸鹽動力學(xué)方面,ASM2D更準(zhǔn)確。ASM2D被看作是進(jìn)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(xué)模型的平臺和參考。

隨著對有機(jī)物貯存試驗(yàn)認(rèn)識的深化，針對ASM1在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)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(gè)反應(yīng)過程,6個(gè)化學(xué)計(jì)量參數(shù)和21個(gè)動力學(xué)參數(shù)}, ASM3所涉及的主要反應(yīng)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(cè)重點(diǎn)也由水解轉(zhuǎn)為有機(jī)物的貯存。該模型修正了ASM1的某此缺陷，增加了有機(jī)物的存儲過程，將以水解反應(yīng)為代表的衰減過程改為用內(nèi)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(shù)據(jù)流圖比ASM1簡中了許多。

3.應(yīng)用與改進(jìn)

ASM系列模型的復(fù)雜性導(dǎo)致無法將完整的模型直接應(yīng)用于污水廠的設(shè)計(jì)、模擬和運(yùn)行控制，這就需要根據(jù)具體條件將模型適當(dāng)修正和簡化。

季民等在總結(jié)IA W活性污泥模型的基礎(chǔ)上，建立了適合于普通推流式活性污泥法的碳氧化數(shù)學(xué)模型;應(yīng)用MATLAB數(shù)學(xué)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(gè)組分和3個(gè)生化過程。應(yīng)用該模擬系統(tǒng)模擬了人津紀(jì)莊子污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行資料，模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)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(shù)學(xué)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(yīng)過程和參數(shù)的數(shù)量都少于ASM1，從而提高了該模型在城市污水廠中的實(shí)用性。通過測定模型組分、化學(xué)計(jì)量系數(shù)和動力學(xué)參數(shù)，為模型的應(yīng)用提供了重要的前提和基礎(chǔ)。最后利用ASM-CN模型對實(shí)際城市污水廠的運(yùn)行進(jìn)行了動態(tài)模擬，模擬結(jié)果良好，驗(yàn)證了ASM-CN模型的實(shí)用性和有效性，并且也驗(yàn)證了模擬程序的準(zhǔn)確性。

Manga J等根據(jù)生物除磷工藝中缺氧條件下出現(xiàn)的聚磷菌生長、聚磷酸鹽積累及肝糖的積累現(xiàn)象，對ASM2D進(jìn)行了修正。引進(jìn)了聚糖菌的競爭生化反應(yīng)過程;增加組分聚糖菌XGAO,聚糖菌細(xì)胞內(nèi)積累物XPHA,G，聚磷菌細(xì)胞內(nèi)積累物XGLY及聚糖菌細(xì)胞內(nèi)積累物XGLY , G ;同時(shí)新添了11個(gè)反應(yīng)動力學(xué)方程，運(yùn)用3種不同的污泥齡進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明能夠更好地說明除磷工藝中出現(xiàn)的現(xiàn)象。