模型有助于描述和理解活性污泥系统的反应过程 ,从
而更深刻地认识所研究的现象和规律 ,为设计提供理
论上的指导 ;其次 ,通过数学模型还可以模拟活性污
泥法污水处理的动态过程 ,对出水指标进行实时预
测 ,为污水处理厂的运行提供指导 ;最后 ,将数学模型
和控制理论及方法结合起来 ,可以对污水处理的控制
系统进行优化 ,从而提高净化效率 ,降低处理成本.

图

　活性污泥法污水处理流程

Fig. 1

Treatment p rocess of activated sludge wastewater

　　活性污泥数学模型研究始于 20世纪 50年代 ,从

80年代开始 ,数学模型和计算机技术在活性污泥法

污水处理中的应用日趋活跃 ,其模型研究经历了从简
单拟合实验数据到采用经典的微生物生长动力学模

型 ,进而根据污水生物处理过程的特性进行过程动态
分析、

探索辨识建模的发展过程

[ 2 ]

,实现了从指导活

性污泥工艺设计 ,到研究活性污泥工艺的动态过程、
系统的高效率低能耗运行的转变 ,并出现了相应的商
业化软件.

　　在众多的活性污泥数学模型中 ,由国际水协会

( International W ater A ssociation, IWA )推出的模型系

列发展最为成熟 ,应用最为广泛. 早在 1982年 , IWA
就成立了活性污泥法设计和操作数学模型攻关研究

课题组 ,并于 1987年推出活性污泥 1号模型 ASM1

[ 3 ]

(Activated Sludge Model No. 1) ,引起了强烈的反响.

随着对活性污泥法机理研究的深入和污水分析测试

水平及计算能力的提高 , IWA 于 1995年推出了活性
污泥 2号模型 ASM2

[ 4 ]

(Activated Sludge Model No. 2)

和活性污泥 2D 号模型 ASM2D

[ 4 ]

(Activated Sludge

Model No. 2D ) ,于 1998年推出了活性污泥 3 号模型

ASM3

[ 5 ]

(Activated Sludge Model No. 3). ASM 系列模

型的推出 ,极大地推动了活性污泥数学模型的研究和
应用. 本文将综述 ASM 系列模型各自的特点和使用
限制条件以及基于 ASM 模型的商业软件 ,并进一步

讨论模型应用中的一些难点.

　活性污泥数学模型的发展

( D evelopm en t

of activa ted sludge ma thema tica l m odels)

活性污泥数学模型从表示细胞生长动力学的

Monod

[ 6 ]

方程出发 ,结合化工领域的反应器理论与微

生物学理论 ,对基质降解、

微生物生长等各参数之间

的数学关系做定量描述.

　　传统的活性污泥模型研究始于 20世纪 50年代

中期 ,其中具有代表性的有 Eckenfelder

[ 7 ]

等基于挥发

性悬浮固体 (Volatile Suspended Solid, VSS)积累速率
经验公式提出的活性污泥模型、

M ckinney

[ 8 ]

等基于活

性污泥全混假设提出的活性污泥模型和 Lawrence、

M cCarty

[ 9 ]

等基于微生物生长动力学理论提出的活性

污泥模型. 但是 ,这些静态模型只考虑了污水中含碳
有机物的去除 ,并没有考虑氮磷的去除过程 ,不能解
释和描述污水生物处理中常见的有机物“快速去除 ”

和出水中有机物浓度随进水浓度变化的现象 ,也不能
很好地预测实际观察中存在的有机物浓度增加时 ,微
生物增长速率变化的滞后效应. 此外 ,Monod方程并
不能预测有机物浓度降低时活性污泥过程的瞬变响

应 ,因此 ,传统的活性污泥模型虽然参数求解和计算
过程相对简单 ,但无法精确地模拟污水处理中氧利用
的动态变化 ,不能很好地描述活性污泥系统的动态特
性.

　　1975年 , Andrews

[ 10 ]

提出了“存储 —代谢 ”

机理 ,

该机理认为在活性污泥法污水处理过程中 ,非溶解性
有机物和部分溶解性有机物首先被生物絮体快速吸

附 ,以细胞内贮存物的形式被贮存 ,然后再被微生物
利用. 1987年 ,Mogens

[ 3 ]

等在总结前人尤其是南非的

M arais和 Dold等人工作的基础上 ,提出 IWA 活性污

泥 1号模型 ASM1. ASM1采用了 Dold等人提出的“死
亡 —再生 ( death

2regeneration) ”的模型化方法 ,但未接

受“贮存 —代谢 ”

机理 ,而采用“死亡 —再溶解 ”

机理 ,

体现了对代谢残余物的再利用.

　　ASM1包括了碳氧化、

硝化和反硝化过程 ,以矩阵

形式描述了污水中好氧和缺氧条件下所发生的有机

碳水解、

微生物生长和衰减等 8个反应过程. 模型包

含 13种组分、5个化学计量参数和 14个动力学参数.
模型可以很好地描述活性污泥法污水处理系统的构

造状况、

进水水质特性以及系统运行参数. ASM1是模

拟硝化和反硝化的良好工具 ,促进了关于模型和污水

期

　　于广平等

活性污泥法污水处理数学模型的发展和应用