活性污泥3号模型简介

摘要：1999年iawq在asm1基础上推出了asm3，它修正了asm1的缺陷，包括有机基质贮藏的新过程，用内源呼吸过程替代了溶胞过程。asm3可预测溶解氧消耗、污泥产量、活性污泥系统的硝化、反硝化作用。

关键词：asm3 asm1 贮藏 内源呼吸 溶胞

　1 asm3的提出

1987年iawq推出了活性污泥1号模型(asm1)，相关的数学模型已被编制成各种计算机程序，用于模拟市政污水的活性污泥处理系统，已成为科学研究和实际工程强有力的工具。asm1运用10多年来，模型中的一些缺陷也是显而易见的：asm1不包括氮和碱度限制异养生物的动力学表述，导致某些情况下计算物质的浓度会出现负值；作为模型组分的氮包括溶解性的、可生物降解的和颗粒性的有机氮，但不易测得，常被忽略；氨化动力学无法真正量化，通常假设全部有机物组分组成恒定(恒定的n∶cod)；根据进水或生物衰减来区分惰性有机颗粒物，但在实际上区分这两部分是不可能的；异养生物的水解过程对预测氧的消耗和反硝化起主要影响作用，但这个过程的动力学参数量化是非常困难的；伴有水解的衰减和生长用来描述影响内源呼吸的总体因素，如：生物体的化合物贮藏、死亡、捕食、溶菌作用等，造成动力学参数评价上的困难；对pha的贮藏或在活性污泥处理装置中的好氧和缺氧条件下有时观察到的糖原，可提高易生物降解的有机基质的浓度，而这个过程asm1没有包括；asm1没有区分硝化菌在好氧和缺氧条件下的衰减速率，这在固体物停留时间长和缺氧反应器体积比例较高时，预测最大硝化速率会出现问题；asm1不能预测可直接观察到的混合液中的悬浮固体。 考虑到上述缺陷，任务组推出了活性污泥3号模型，以改正asm1的缺陷。asm3与asm1有相同的主要现象：活性污泥处理系统中的氧消耗、污泥产量、硝化和反硝化作用，生物除磷包括在asm2中，asm3不再讨论。

2 asm3简

2.1 模型组分 asm3中可溶性物质的浓度用s?表示，而颗粒性物质用x?表示。活性污泥系统中的颗粒性物质假定与活性污泥相关联(活性污泥上的絮凝物或活性生物体的内含物)，它在沉淀池中通过沉积作用而浓缩，而可溶性组分只能通过水来传输，并且只有可溶性组分可携带离子电荷。与asm1和asm2一个重要的不同在于：asm3中可溶性和颗粒性组分可通过0.45 μm的膜过滤器进行很好的区分，而在asm1和asm2中提到的大部分慢速可生物降解有机质xs可能在滤液中。 ① 可溶性组分的定义 so：溶解氧，［m(o2)l-3］； si：惰性可溶性有机物。由进水带入或在颗粒性物质xs水解的过程中产生，在处理装置中不会再进一步被降解，［m(cod)l-3］； ss：易生物降解有机质(cod)。可溶性的cod可直接被异养生物利用而降解，在asm3中这些基质首先被异养生物占有，并以xsto的形式贮藏，［m(cod)l-3］； si ss近似等于由0.45μm的膜过滤器过滤得到总溶解性cod； snh：铵盐加氨氮(nh 4-n nh3-n)，snh假定全部为nh 4，［m(n)l-3］； sn2：分子氮(n2)。仅由反硝化产生，用来预测由n2过饱和而在二次沉淀池中产生诸如浮泥等问题，忽略进水中的n2和气体交换。sn2还增加了由于反硝化而去除的固定态氮，［m(n)l-3］； sno：nox-n(no-2-n no-3-n)。no-2-n不是模型组分，对于所有化学计量学计算(转化为cod)，sno仅被考虑为no-3-n，［m(n)l-3］； salk：废水的碱度。用重碳酸盐hco-3表示，［m(hco-3)l-3］； ② 颗粒性组分的定义 xi：惰性颗粒有机物(cod)，［m(cod)l-3］； xs：可缓慢生物降解物质(cod)。进水中含有所有的xs，通常假定xs为0.45μm的膜过

能够反硝化还是所有异养生物都能反硝化是不确定的。考虑到这些，asm3降低缺氧异养贮藏速率(相对的氧呼吸而言)，但并没有区分这两种异养生物。

在所有反硝化过程中sn2的化学计量学系数取sno系数的负值，cod守恒中的组分系数sn2(-1.71gcod/gn2)、sno(-4.57gcod/gno-3-n)以及so(-lgcod/go2)取与氧化还原相关的电子供体：nh4、co2、h2o系数的负值。表现xts的化学计量学系数可从组分方程(2)中得到：

众所周知，缺氧呼吸产生的生化能atp低于好氧呼吸。这就

去除单位基质ss而产生的异养生物xh的净产率可从方程(4)中得到：

asm3中所有溶解性组分消耗的动力学表述（见表２）基于开发函数，选择这种动力学表述不是因为实验证实如此，而是为了数学计算的方便。asm3与asm1的一个重要的不同是，当一个过程的离析物接近０浓度时，开关函数终止所有生物活性。 表3、4列举了asm3的参数和它们的单位及在10℃和20℃的典型取值。推荐用方程5来插值获取不同温度t(℃) 下的动力学参数k。

k(t)=k(20℃)·exp[θt·(t-20℃)]

θt=ln[k(t1)/k(t2)]/(t1-t2) (5)

z6 fi -1 t6 7 缺氧内源呼吸 y7 -x7 x7 z7 fi -1 t7 8 xsto的有氧呼吸 x8 t8 9 xsto的缺氧呼吸 -x9 x9 z9 t9 自养生物，硝化作用 10 硝化 x10 y10 1/ya z10 1

守恒量

1 cod(gcod) -1 1 1 -1.71 -4.57 1 1 1 1 1 2 氮(gn) insi inss 1 1 1 inxi inxs inbm inbm 3 离子电荷(mol ) 1/14 -1/14 -1 可观察到的物质 4 总悬浮物(gtss) itsx1 itsxs itsbm 0.60 itsbm

/（ko so）]·xh 7 缺氧内源呼吸 bh,no·[ko/（ko so）]·[sno/（kno sno）]·xh 8 xsto的有氧呼吸 bsto,o2·[so/（ko so·）]xsto bsto,o2≥bh,o2 9 xsto的缺氧呼吸 bsto,n

符号性质 值 单位 备注 fsi si的水解产物 0 gsig-1xs

若xts以vss计而不是以tss计，取如下值

ysto，o2 ss的有氧贮藏产物产率 0.85gxstog-1ss ysto，no ss的缺氧贮藏产物产率 0.80 gxstog-1ss yh，o2 异养生物的好氧产率 0.63 gxhg-1xsto yh，no 异养生物的缺氧产率 0.54 gxhg-1xsto ya no-3-n的自养生物产率 0.24 gxag-1sno insi si中的氮含量 0.01 gng-1si inss ss中的氮含量 0.03 gng-1ss inxi xi中的氮含量 0.02 gng-1xi inxs xs中的氮含量 0.04 gng-1xs inbm xh，xa生物中的氮含量 0.07gng-1xh或a its

3 asm3与asm1比较

asm3的复杂性类似于asm1，只是侧重点由水解转为有机物的贮藏，基质贮藏现象已被许多研究者观测到。asm1中的易生物降解cod必须通过呼吸实验估计，实验结果依赖于yh的值。在asm3中可溶性的cod仅由si ss组成，ss可占总cod的40%，而asm1中仅占10%。利用asm3修正废水特性，仍需要与呼吸有关的生物测定以便确认易生物降解基质ss。asm1中仅引入溶胞过程来描述所有的衰减过程，这主要是因为asm1首次出版于1985年，当时计算能力相当缺乏，为节省运算时间采用最简单的描述。如今，既然计算已不再成为限制条件，asm3介绍了一个更符合实际的衰减过程：内源呼吸更接近于观察到的现象，相关速率常数可直接获得而与化学计量学参数无关。

图1中左边的asm1中异养生物在周期反应路线中利用cod水解过程引起溶胞作用，并加速生物生长。异养生物的死亡再生循环与硝化生物的衰减过程密切相关，如硝化细菌的衰减强化了异养生物的生长。自养和异养生物没有完全分开，只有2个do存在的入点。而右边的asm3中所有转化过程中两种生物群体明显区分，cod流动并没有从一个群体流到另一个群体，且有许多do存在的入点。 与asm2相似，asm3包括细胞内部的贮藏化合物。这需要模拟生物体细胞内部结构。衰减过程必须包括两部分的生物体，因此有4个衰减过程(xh、xsto分别在有氧和缺氧条

参考文献： ［1］henze m,grady c p l,jr gujer w,et al.activated sludge modle no 1［a］.iawprc，iawprc scientific and technical report no 1［c］.london. ［2］willi gujer,henze m,grady,et al.activated sludge modle no 3［j］.wat sci tech，39(1)：183-193.