細(xì)數(shù)活性污泥法數(shù)學(xué)模型ASM

1、第六講第8章 ASM系列活性污泥數(shù)學(xué)模型8.1 引言20世紀(jì)80年代南非開普敦大學(xué)的G.v.R.Marais 教授就提出了碳、氮、磷去除的動(dòng)態(tài)活性污泥模型，其研究處于領(lǐng)先的地位。1982年國(guó)際水污染研究與控制協(xié)會(huì)（International Association on Water Pollution Research and Control, IAWPRC,現(xiàn)更名為國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)，International Association on Water Quality, IAWQ）組織了丹麥、美國(guó)、瑞士、南非和日本五國(guó)五位專家成立了活性污泥法設(shè)計(jì)和運(yùn)行數(shù)學(xué)模型課題組，該課題組由丹麥技術(shù)大學(xué)Moge

2、ns Henze教授任組長(zhǎng)。該課題組在1987年以國(guó)際水污染研究與控制協(xié)會(huì)系列科技研究報(bào)告（STR）1號(hào)的形式出版了研究成果，即活性污泥1號(hào)模型（Activated Sludge Model1,ASM1）?；钚晕勰?號(hào)模型（ASM1）包括碳氧化、硝化和反硝化3個(gè)主要作用，以矩陣的形式描述了污水在好氧、缺氧條件下所發(fā)生的水解、微生物生長(zhǎng)、衰減等8種生化反應(yīng)過程，模型中包括13個(gè)組分、5個(gè)化學(xué)計(jì)量常數(shù)和14個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)?；钚晕勰?號(hào)模型（ASM1）的內(nèi)容不僅僅是模型本身，還提出了污水特性的描述方法?；钚晕勰?號(hào)模型（ASM1）得到了普遍的認(rèn)同和應(yīng)用，但它的缺點(diǎn)是模型中未包含磷的去除。1995年課題

3、組（由丹麥、瑞士、日本和南非四國(guó)六位專家組成）以國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)系列科技研究報(bào)告（STR）2號(hào)的形式出版了活性污泥2號(hào)模型（ASM2）一書，它包括了脫氮和生物除磷處理過程，還增加了厭氧水解、酵解及與聚磷菌有關(guān)的反應(yīng)過程?；钚晕勰?號(hào)模型（ASM2）中包括了19種生化反應(yīng)過程、19個(gè)組分、22個(gè)化學(xué)計(jì)量常數(shù)和42個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在活性污泥2號(hào)模型（ASM2）研究剛完成的時(shí)候，反硝化與生物除磷的關(guān)系尚不清楚，因此，活性污泥2號(hào)模型（ASM2）中未包含這一因素。1999年ASM2被擴(kuò)展成ASM2D, ASM2D中包括了反硝化聚磷菌。ASM2和ASM2D對(duì)脫氮除磷系統(tǒng)有較好的模擬作用。ASM1和ASM2排除

4、了傳統(tǒng)的維持（Maintenance）理論和內(nèi)源呼吸理論（Endogenous Respiration），而采取了Dold等人1980年提出的死亡-再生理論（Death Regeneration）對(duì)微生物衰減過程進(jìn)行了模型化處理。1999年國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)課題組（由丹麥、瑞士、荷蘭和日本四國(guó)四位專家組成）推出活性污泥3號(hào)模型（ASM3）?；钚晕勰?號(hào)模型（ASM3）所涉及的主要反應(yīng)過程和ASM1相同，但ASM3改變了ASM1中COD流向非常復(fù)雜、異養(yǎng)菌死亡-再生循環(huán)理論和硝化菌衰減過程的相互干擾，而是將2組菌體的全部轉(zhuǎn)換過程分開，引進(jìn)了有機(jī)物在微生物體內(nèi)的貯藏及內(nèi)源呼吸，強(qiáng)調(diào)細(xì)胞內(nèi)部的活動(dòng)過程。微

5、生物的衰減采用了微生物內(nèi)源呼吸理論 ，允許衰減過程更適應(yīng)環(huán)境條件，重點(diǎn)由水解轉(zhuǎn)到了有機(jī)物的胞內(nèi)貯存。ASM3中包括了12種生化反應(yīng)過程、13個(gè)組分、6個(gè)化學(xué)計(jì)量常數(shù)和21個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，可以模擬除碳、脫氮的動(dòng)態(tài)過程，不包括除磷。圖8-1所示為ASM1、ASM2和ASM3模型中3種微生物衰減理論。維持合成生物體合成生物體底物廢物底物合成生物體內(nèi)源呼吸衰減 惰性物質(zhì)維持理論 內(nèi)源呼吸理論死亡再生理論圖8-1 3種微生物衰減理論ASM1、ASM2和ASM3的共同特點(diǎn)，是將活性污泥過程作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行研究，將整體分割成局部，建立各個(gè)局部的模型，再建立各局部之間的關(guān)系，試圖從局部和整體的關(guān)系上來研究活

6、性污泥過程復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。由于ASM系列模型是用微分方程組來描述活性污泥系統(tǒng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，因此模型更注重微生物的反應(yīng)機(jī)理。8.2 活性污泥1號(hào)模型（ASM1） 活性污泥1號(hào)模型（ASM1）描述了活性污泥系統(tǒng)中好氧、缺氧條件下的水解、有機(jī)物降解、微生物生長(zhǎng)和衰減等8個(gè)反應(yīng)過程，包含了異氧型和自養(yǎng)型微生物。模型包括了多種底物成分、氨氮、硝態(tài)氮和生物固體等12種物質(zhì)的平衡。模型中有19個(gè)參數(shù)，其中包括5個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)和14個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。8.2.1 建模的基本假定 活性污泥1號(hào)模型（ASM1）建模時(shí)引入的重要基本假定，即被模擬的活性污泥過程運(yùn)行正常?；炯俣ǖ木唧w內(nèi)容如下： (1) 曝氣池內(nèi)pH

7、值及溫度處于正常狀態(tài)下并保持恒定；(2) 池內(nèi)微生物的種群和濃度處于正常狀態(tài)；(3) 池內(nèi)污染物濃度可變，但成分及組成不變；(4) 微生物營(yíng)養(yǎng)充分；(5) 二沉池內(nèi)不發(fā)生生化反應(yīng)，僅有物理沉淀作用；（6）微生物對(duì)顆粒有機(jī)物的網(wǎng)捕是瞬間完成的；（7）有機(jī)物和有機(jī)氮的水解同時(shí)進(jìn)行且速率相等。這些假定使模型本身避免了一些不確定性，相應(yīng)增強(qiáng)了模型的真實(shí)性和可靠性。8.2.2 模型的矩陣表達(dá)形式 ASM1用表8-1所示的矩陣形式來表述。該矩陣描述活性污泥系統(tǒng)中各種組分的變化規(guī)律和相互關(guān)系。反應(yīng)過程用行號(hào)j表示，組分用列號(hào)i表示。矩陣最上面一行(i)從左到右列出了模型所包含的各種參與反應(yīng)的組分,左邊第一列

8、(j)從上到下列出了各種生物反應(yīng)過程,最右邊的那一列從上到下列出了各種生物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式或速率方程式。過程速率以表示。矩陣元素為計(jì)量系數(shù)，表明組分i與過程j的相互關(guān)系。若某一組分不參與過程變化，相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)為零，矩陣中用空項(xiàng)表示。矩陣內(nèi)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)描述了單個(gè)過程中各組分之間的數(shù)量關(guān)系。符號(hào)+表示該組分在轉(zhuǎn)換過程中增加，符號(hào)-表示該組分在轉(zhuǎn)換過程中減少。這種矩陣格式可以非常方便的看出所有可能轉(zhuǎn)化過程對(duì)所有組分的影響及各種組分的表觀轉(zhuǎn)換速率。序號(hào)為i的組分表觀轉(zhuǎn)化速率可以由下式計(jì)算: （8-1）式中 一表中i列j行的化學(xué)計(jì)量系數(shù)；一表中j行的反應(yīng)過程速率，ML-3T-1。例如計(jì)算可快速生物

9、降解有機(jī)物(j=2)的表觀轉(zhuǎn)化速率為: (8-2)表8-1活性污泥1號(hào)模型（ASM1）的矩陣表達(dá) 組分i工藝過程j1SI2SS3XI4XS5XB,H6XB,A7XP8SO9SNO10SNH11SND12XND13SALK反應(yīng)速率1異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)1-iXB2異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)1-iXB3自養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)14異養(yǎng)菌的衰減1-fP-1fPiXB-fPiXPbH,XB,H5自養(yǎng)菌的衰減1-fP-1fPiXB-fPiXPBA,XB,A6可溶性有機(jī)氮的氨化1-1kaSNDXB,H7網(wǎng)捕性有機(jī)物的水解1-18網(wǎng)捕性有機(jī)氮的水解1-1觀察到的轉(zhuǎn)換速率（M/L3·T）化學(xué)計(jì)量參數(shù)：YH-異養(yǎng)菌產(chǎn)率；Y

10、A-自養(yǎng)菌產(chǎn)率；fP-生物固體的惰性組分值；iXB-生物固體的含氮量；iXP生物固體惰性組分含氮量溶解性不可生降解有機(jī)物M（COD）/L3溶解性快速可生物降解有機(jī)物M（COD）/L3顆粒性不可生物降解有機(jī)物M（COD）/L3慢速可生物降解有機(jī)物M（COD）/L3活性異氧菌生物固體M（COD）/L3活性自氧菌生物固體M（COD）/L3生物固體衷減產(chǎn)生的惰性物質(zhì)M（COD）/L3溶解氧（-COD）M（COD）/L3硝酸鹽與亞硝酸鹽氮M（N）/L3NH+4+NH3氮M（N）/L3溶解性可生物降解有機(jī)氮M（N）/L3顆粒性可生物降解有機(jī)氮M（N）/L3堿度-摩爾單位動(dòng)力參數(shù)：，KS，KO,H，KNO，

11、bH異養(yǎng)生長(zhǎng)與衰減；，KNH，KO,A，b A自養(yǎng)生長(zhǎng)與衰減；異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)的校正因數(shù)；ka氨化；kh,kX水解；缺氧水解的校正因數(shù)或?qū)⒈碇兴镜幕瘜W(xué)計(jì)量系數(shù)和反應(yīng)過程速率表達(dá)式代入式（8-2）,得: (8-3)在矩陣最右項(xiàng)“反應(yīng)速率”中使用了“開關(guān)函數(shù) ”這一概念，以反映環(huán)境因素改變所產(chǎn)生的遏制作用，即反應(yīng)的進(jìn)行與否。采用具有數(shù)學(xué)連續(xù)性的開關(guān)函數(shù)可以避免那些具有開關(guān)型不連續(xù)特性的反應(yīng)過程表達(dá)式在模擬過程中出現(xiàn)數(shù)值的不穩(wěn)定。對(duì)于需要電子受體的反應(yīng)過程來說，開關(guān)函數(shù)的概念尤為需要。例如，只有在溶解氧存在的條件下，硝化細(xì)菌才能增殖，也就是說硝化作用必須有溶解氧的參與，否則的話，不論氨氮的濃度高低，

12、硝化作用都不會(huì)出現(xiàn)。因此，該模型在硝化過程速率表達(dá)式中設(shè)置了溶解氧開關(guān)函數(shù)s作為硝化反應(yīng)的開關(guān)，開關(guān)函數(shù)s如式（8-4）所示: （8-4）式中 SO溶解氧的質(zhì)量濃度。KO選用一個(gè)很小的數(shù)值。當(dāng)溶解氧(SO)趨于零時(shí),開關(guān)函數(shù)s趨于零,則硝化速率也趨于零 ；當(dāng)達(dá)SO到一定的濃度之后，開關(guān)函數(shù)s趨于1, 即硝化作用可順利進(jìn)行。與溶解氧開關(guān)函數(shù)s相類似，反硝化過程的速率表達(dá)式中也設(shè)置了開關(guān)函數(shù)。 （8-5）當(dāng)溶解氧趨于零時(shí)，開關(guān)函數(shù)趨于1, 反硝化能順利進(jìn)行；反之，溶解氧升高到一定濃度后，開關(guān)函數(shù)趨于零，反硝化作用停止。8.2.3 廢水水質(zhì)特性及曝氣池中組分的劃分活性污泥1號(hào)模型（ASM1）將曝氣池

13、中的物質(zhì)（廢水和活性污泥生物固體）區(qū)分為7種溶解性組分S和6種顆粒性組分X，下標(biāo)B,S,O分別表示微生物、底物和氧，共13個(gè)組分，各種組分及其定義歸納于表8-2。ASM1中用COD代表傳統(tǒng)的BOD5表述廢水中有機(jī)物的含量及生物固體的含量。COD指標(biāo)提供了有機(jī)底物、微生物和所利用氧的電子等價(jià)物之間的關(guān)聯(lián)。COD等價(jià)于供電子能力，而電子不會(huì)創(chuàng)生也不會(huì)毀滅，這就為處理系統(tǒng)的物料平衡(如進(jìn)水、廢棄污泥和碳源需氧量之間)提供了可靠的途徑。8.2.3.1 廢水水質(zhì)特性根據(jù)有機(jī)物的生物降解性，ASM1中將廢水中的有機(jī)物劃分為可生物降解和不可生物降解（本章中不可生物降解與惰性同義 ）兩個(gè)部分。不可生物降解的有

14、機(jī)物又劃分為溶解性不可生物降解有機(jī)物(SI)和顆粒性不可生物降解有機(jī)物(XI)兩部分。 表8-2 活性污泥1號(hào)模型（ASM1）組分 組分序號(hào)組分符號(hào)定義 1 SI 溶解性不可生物降解有機(jī)物 （M(COD)/L3）2 SS 溶解性快速可生物降解有機(jī)物 （M(COD)/L3） 3 XI 顆粒性不可生物降解有機(jī)物 （M(COD)/L3） 4 XS 慢速可生物降解有機(jī)物 （M(COD)/L3） 5 XB,H 活性異氧菌生物固體 （M(COD)/L3） 6 XB,A 活性自氧菌生物固體 （M(COD)/L3） 7 XP 生物固體衰減產(chǎn)生的惰性物質(zhì) （M(COD)/L3） 8 SO 溶解氧（負(fù)COD） （

15、M(-COD)/L3） 9 SNO NO3-N和NO2-N (M(N)/L3) 10 SNH NH4-N和NH3-N (M(N)/L3) 11 SND 溶解性可生物降解有機(jī)氮 (M(N)/L3) 12 XND 顆粒性可生物降解有機(jī)氮 (M(N)/L3) 13 SALK 堿度(mol)注：M：質(zhì)量單位 L：長(zhǎng)度單位在活性污泥系統(tǒng)中溶解性不可生物降解有機(jī)物SI不發(fā)生任何變化，隨出水排出，進(jìn)水中和出水中SI濃度相等。顆粒性不可生物降解有機(jī)物XI則被活性污泥捕捉，成為活性污泥的組成成份之一，在二沉池中一部分XI作為廢棄污泥的組成部分從系統(tǒng)中排出，一部分XI又隨回流污泥進(jìn)入活性污泥系統(tǒng)。由于廢棄污泥的排

16、放流量小于進(jìn)水流量，它將會(huì)在反應(yīng)器中累積，累計(jì)程度取決于SRT和HRT比值，即與污泥循環(huán)因子有關(guān)（見第節(jié)）。因此活性污泥系統(tǒng)中XI濃度大于進(jìn)水XI濃度。可生物降解有機(jī)物被進(jìn)一步劃分為溶解性可快速生物降解有機(jī)物SS和顆粒性可慢速生物降解有機(jī)物XS兩個(gè)部分。一般來說，可生物降解有機(jī)物（SS+XS）與BOD相關(guān)。這兩種組分都被用于新細(xì)胞的合成，但這兩種組分的利用速率有明顯差別，大致相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。該模型中，溶解性可快速生物降解有機(jī)物SS是好氧和缺氧狀態(tài)下異養(yǎng)菌增殖的唯一底物。SS的重要特征是能夠直接被微生物吸收（表8-1中i2j1和i2j2項(xiàng)），在好氧和缺氧狀態(tài)下用于合成新的異養(yǎng)菌細(xì)胞（表8-1中i

17、5j1和i5j2項(xiàng)），反應(yīng)速度非?？?。生物合成需要能量，能量產(chǎn)生過程出現(xiàn)的電子將轉(zhuǎn)移給外部電子受體，氧（i8j1）或硝態(tài)氮（i9j2）。ASM1中廢水中有機(jī)物的劃分如圖8-2所示。 溶解性可快速生物降解有機(jī)物 可生物降解有機(jī)物 顆粒性可慢速生物降解有機(jī)物（可水解有機(jī)物 為溶解性可快速生物降解有機(jī)物） 溶解性不可生物降解有機(jī)物不可生物降解有機(jī)物 顆粒性不可生物降解有機(jī)物 圖8-2 ASM1中廢水中有機(jī)物的劃分活性污泥模型設(shè)定，進(jìn)水中的所有顆粒性有機(jī)物，不管是可生物降解的還是不可生物降解的，都被活性污泥絮體快速捕捉，經(jīng)過二沉池之后就能從出水中全部去除。捕捉的可生物降解有機(jī)物被活性異養(yǎng)菌膠團(tuán)吸收和貯

18、存，隨后是胞外水解和胞內(nèi)吸收利用；顆粒性可慢速生物降解有機(jī)物XS是固態(tài)、膠態(tài)和溶解態(tài)且具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有機(jī)物顆粒組成的混合體 , 其重要特征是不能直接進(jìn)入細(xì)胞，必須經(jīng)過胞外水解作用（i4j7）水解為溶解性可快速生物降解有機(jī)物后（i2j7），才能被異養(yǎng)菌所吸收和利用。模型設(shè)定水解過程不涉及能量的消耗，也就不涉及電子受體的消耗，即（i8j7）或（i9j7）沒有計(jì)量系數(shù)。顆粒性可慢速生物降解有機(jī)物XS的水解速率常常比微生物對(duì)溶解性可快速生物降解有機(jī)物SS的利用速率小得多。當(dāng)?shù)孜镏淮嬖赬S時(shí)，水解成為生長(zhǎng)速率的控制因素。在缺氧條件下（只有硝酸鹽作為最終電子受體），水解速率低于好氧條件。在厭氧條件下（既無

19、硝酸鹽也無氧），水解作用完全停止。廢水中含氮物質(zhì)包括無機(jī)氮和有機(jī)物氮兩部分。無機(jī)氮包括氨氮SNH和硝酸鹽氮、亞硝酸 鹽氮SNO。與碳源物質(zhì)一樣，含氮物質(zhì)也可劃分為可生物降解部分和不可生物降解部分，并可進(jìn)一步劃分。有機(jī)氮與含碳有機(jī)物相關(guān)，不可生物降解有機(jī)氮?jiǎng)澐譃槿芙庑院皖w粒性兩部分，前者在廢水中含量甚微，僅12mg/L, 模型表述中不予考慮。顆粒性不可生物降解有機(jī)氮同樣被活性污泥捕捉，通過排除廢棄活性污泥從系統(tǒng)中排出?？缮锝到夂镔|(zhì)包括氨氮、溶解性可生物降解有機(jī)氮(SND)和顆粒性可生物降解有機(jī)氮(XND)，XND與顆粒性可生物降解有機(jī)物相關(guān)，在顆粒性可生物降解有機(jī)物水解的過程中XND也水解

20、（i12j8）成溶解性可生物降解有機(jī)氮(SND, i11j8)。溶解性可生物降解有機(jī)氮(SND)在異氧菌的作用下轉(zhuǎn)化成氨氮（i10j6）。氨氮可作為異氧菌合成的氮源及提供自養(yǎng)硝化菌生長(zhǎng)(i6j3)的能源(i10j3)。為了簡(jiǎn)化，自養(yǎng)菌將氨氮轉(zhuǎn)化(i10j3)為硝酸鹽氮(i9j3)的過程被看作是需氧(i8j3)的單步驟反應(yīng)。所產(chǎn)生的硝酸鹽可以作為缺氧狀態(tài)下異氧菌的最終電子受體(i9j2)，并產(chǎn)生氮?dú)?。自養(yǎng)菌和異氧菌的細(xì)胞衰減會(huì)導(dǎo)致顆粒性有機(jī)氮的釋放(i12j4,i12j5)，并可以重新進(jìn)入循環(huán)。ASM1中廢水中有機(jī)物的劃分如圖8-2所示。 溶解性可快速生物降解有機(jī)物 可生物降解有機(jī)物 顆粒性可慢

21、速生物降解有機(jī)物（可水解有機(jī)物 為溶解性可快速生物降解有機(jī)物） 溶解性不可生物降解有機(jī)物不可生物降解有機(jī)物 顆粒性不可生物降解有機(jī)物 圖8-2 ASM1中廢水中有機(jī)物的劃分模型中硝酸鹽氮SNO是由自養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)產(chǎn)生，在異氧菌缺氧生長(zhǎng)中去除。雖然亞硝酸鹽是硝化反應(yīng)的中間產(chǎn)物，為了簡(jiǎn)化，在模型中假定只存在硝酸鹽氮。模型中NH3-N的氧當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)為4.57,NO3-N的氧當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)為2.86,通過轉(zhuǎn)換系數(shù)將以mg/L為單位的NH3-N和NO3-N轉(zhuǎn)換成當(dāng)量的COD。模型中的水質(zhì)特性還包括曝氣池中DO濃度（SO）和堿度（SALK）。需要說明的是，模型并不一定要包含堿度，但模型中包含堿度后能提供預(yù)

22、測(cè)pH不規(guī)則變化的信息。曝氣池中有質(zhì)子增減的反應(yīng)都會(huì)引起堿度的變化，例如，氨氮氧化為硝酸鹽氮時(shí)凈釋放2個(gè)質(zhì)子，消耗堿度；反硝化過程中，當(dāng)硝酸鹽作為電子受體，將有質(zhì)子的凈吸收，增加堿度。曝氣池中總堿度低于50mg/L（以CaCO3計(jì)）時(shí)，pH將變得極不穩(wěn)定，會(huì)降低到6以下，嚴(yán)重降低硝化速率（見第，和節(jié)）。確定曝氣池進(jìn)水的水質(zhì)特性和各重要組分的質(zhì)量濃度是應(yīng)用活性污泥數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵。前述13個(gè)組分中含氮組分可以用標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)分析方法來測(cè)定，而有機(jī)組分的測(cè)定尚無規(guī)范的方法。因此，有機(jī)組分的測(cè)定成為活性污泥數(shù)學(xué)模型研究和應(yīng)用中備受關(guān)注的課題。許多有機(jī)組分的測(cè)定需要通過試驗(yàn)來確定。曝氣池進(jìn)水中總的COD由4

23、個(gè)組分組成： （8-6）式中 SS溶解性快速可生物降解有機(jī)物；XS慢速可生物降解有機(jī)物； XI顆粒性不可生物降解有機(jī)物；SI溶解性不可生物降解有機(jī)物。溶解性不可生物降解有機(jī)物SI的確定：從運(yùn)行泥齡大于10d的完全混合反應(yīng)器中取出試樣，將試樣在間歇反應(yīng)器中曝氣，定期取樣分析溶解性COD（在pH=10.5的條件下，試樣中投加硫酸鋅，形成Zn(OH)2絮體，去除試樣中的膠體物，然后用0.45m濾膜過濾水樣，濾液中的COD為溶解性COD，其最終穩(wěn)定殘留溶解性COD值就是SI。在確定溶解性快速可生物降解有機(jī)物SS之前必須知道異氧菌的產(chǎn)率YH。測(cè)定YH的方法是直接測(cè)定微生物利用溶解性底物生長(zhǎng)時(shí)的YH值。將

24、廢水樣沉淀并濾去顆粒性物質(zhì)，使濾液中只含有溶解性底物，放入一個(gè)間歇反應(yīng)器中。因?yàn)閅H定義為微生物沒有衰減時(shí)的生長(zhǎng)量，直接測(cè)定的唯一途徑是用少量微生物在高底物濃度條件下快速生長(zhǎng)。因此，選取廢水水樣時(shí)，溶解性COD要盡可能高，使微生物量相對(duì)于初始溶解性COD的比例非常低（<1%）。從完全混合反應(yīng)器中取出少量已經(jīng)馴化的微生物接種，定期取樣測(cè)定溶解性COD和總COD。異氧菌的產(chǎn)率YH可由下式計(jì)算： （8-7） （8-8） 多次重復(fù)之后，就可確定大致YH的數(shù)值。 Ekama等人（1986）提出如下的SS測(cè)定方法：采用日循環(huán)脈沖進(jìn)水方式（12h進(jìn)水，12 h不進(jìn)水），泥齡約2d的完全混合反應(yīng)器，測(cè)定

25、耗氧速率（OUR）的變化。停止進(jìn)水后OUR急劇下降（圖8-4），這一變化只與快速可生物降解有機(jī)物有關(guān)。因此，溶解性快速可生物降解有機(jī)物SS可以通過下式計(jì)算： （8-9）式中 停止進(jìn)水后耗氧速率的變化，ML-3T-1；V反應(yīng)器的容積，L3；Q停止進(jìn)水前的進(jìn)水流量，L3T-1。 圖8-4 循環(huán)脈沖進(jìn)水完全混合反應(yīng)器停止進(jìn)水后耗氧速率（OUR）的急劇下降 (Ekama等，1986)同濟(jì)大學(xué)顧國(guó)維等（2004）采用多段間歇OUR呼吸計(jì)量法進(jìn)行了快速可生物降解有機(jī)物SS和慢速可生物降解有機(jī)物XS的測(cè)定研究。在一個(gè)密封的間歇反應(yīng)器內(nèi)，抑制自氧菌的活動(dòng)，連續(xù)監(jiān)測(cè)OUR的變化，得到圖8-5所示的曲線。 圖8-

26、5 間歇OUR呼吸計(jì)量法所測(cè)OUR曲線 (劉芳等，2004)圖8-5中的曲線分為3個(gè)階段：t<t1時(shí),OUR的降低是由微生物代謝快速可生物降解有機(jī)物SS引起，所以O(shè)UR的數(shù)值較高，OUR隨SS濃度降低而降低；到了t1時(shí)刻，SS逐漸耗盡，反應(yīng)器內(nèi)OUR速率由廢水中的慢速可生物降解底物XS水解提供的底物所控制，OUR的數(shù)值較低；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間t>t2時(shí),OUR幾乎不變,維持在一個(gè)較低的水平。由于廢水中的XS耗盡，反應(yīng)器內(nèi)微生物進(jìn)入內(nèi)源代謝階段。于是曲線上依次出現(xiàn)兩個(gè)拐點(diǎn)，3個(gè)OUR平臺(tái)，以此區(qū)分SS和XS所引起的OUR積分面積，并由此計(jì)算出SS和XS的數(shù)值。 （8-10） （8-11）式中

27、 VT反應(yīng)器容積，L；VW廢水體積，L；YH異氧菌的產(chǎn)率；t1，t2OUR曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的時(shí)間,h；R1,R2,R3OUR曲線中相應(yīng)的OUR數(shù)值，mg/L·h。當(dāng)已知總COD，確定SS、SI和XS后，由式（8-6）則很容易計(jì)算出XI的數(shù)值。SI溶解性不可生物降解有機(jī)物。Marais(1993)提出一種比Ekama等人推薦的生物方法要快得多的測(cè)定溶解性快速可生物降解COD(SS)的物理方法。對(duì)于生活污水，物理方法測(cè)定的結(jié)果與生物方法能夠很好地吻合。測(cè)定方法如下：廢水樣中加入硫酸鋅，劇烈混合1min,加人氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至10.5, 然后靜置沉降，抽取上清液，然后用0.45m濾膜過濾水樣。

28、絮凝可以去除原本能夠透過濾膜而被測(cè)定為“溶解性”物質(zhì)的膠體顆粒態(tài)有機(jī)物。過濾后清液的COD就是總?cè)芙庑訡OD。然后，再減去溶解性不可生物降解的COD（SI），即得到溶解性快速可生物降解COD(SS)。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)分析多個(gè)樣品，能夠比生物方法更好地測(cè)定廢水中溶解性快速可生物降解COD的長(zhǎng)期平均值。由表8-2和圖8-3可知，廢水中含氮物質(zhì)組分有顆粒性不可生物降解有機(jī)氮XN 、溶解性不可生物降解有機(jī)氮SN、易生物降解有機(jī)氮（溶解性）SND、慢速生物降解有機(jī)氮（顆粒性）XND和氨氮SNH。如前所述，廢水中的含氮組分可以用標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)分析方法來測(cè)定，如氨氮SNH濃度可以通過對(duì)過濾水樣的分析

29、來測(cè)定。要測(cè)定進(jìn)水中的溶解性不可生物降解有機(jī)氮SN的濃度可對(duì)測(cè)定溶解性不可生物降解COD的水樣作凱式氮分析。凱式氮分析同樣可以確定進(jìn)水中的總?cè)芙庑杂袡C(jī)氮濃度，總?cè)芙庑杂袡C(jī)氮濃度與溶解性不可生物降解有機(jī)氮SN的濃度之差為易生物降解有機(jī)氮（溶解性）SND的濃度?？梢哉J(rèn)為進(jìn)水中易生物降解有機(jī)氮（溶解性）SND濃度和慢速生物降解有機(jī)氮（顆粒性）XND的比值類似于溶解性快速可生物降解COD濃度SS與慢速可生物降解COD濃度XS之比，即： （8-12）由式（8-12）可計(jì)算得到慢速生物降解有機(jī)氮（顆粒性）XND的濃度。8.2.3.2 活性污泥中的有機(jī)固體模型將活性污泥中的有機(jī)(生物)固體劃分為如下四個(gè)組成

30、部分：活性異養(yǎng)菌（XB,H）、 活性自養(yǎng)菌(XB,A)、微生物內(nèi)源衰減(死亡分解)產(chǎn)生的惰性物質(zhì)（XP）和累積的進(jìn)水中不可生物降解有機(jī)物(XI)。異養(yǎng)菌中包括能夠進(jìn)行反硝化的異養(yǎng)菌，也包括不能進(jìn)行反硝化的異養(yǎng)菌。異養(yǎng)菌可以利用快速生物降解有機(jī)物在好氧和缺氧狀態(tài)下進(jìn)行增殖，但模型設(shè)定，在溶解氧和硝態(tài)氮都不存在的厭氧狀態(tài)下異養(yǎng)菌不能增殖。自養(yǎng)菌( 亞硝酸菌和硝酸菌)只有在有溶解氧存在的情況下才能增殖。模型排除了傳統(tǒng)的 Pirt(1965)或 Herbert (1958)內(nèi)源呼吸理論，取而代之的是基于生態(tài)學(xué)理論的細(xì)菌死亡-再生理論（見圖8-1）?；钚晕勰嗳后w被當(dāng)作一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)是具有較高

31、程度的群體組織，根據(jù)自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)原理，可以由一個(gè)具有類似純培養(yǎng)特性的“替代生物群體”取代微生物群體的協(xié)同作用。在這個(gè)替代生物群體中，將出現(xiàn)生物固體的衰減，衰減過程包含各種各樣的原因 , 如微生物的內(nèi)源代謝、死亡、捕食以及其它溶菌作用。模擬好氧狀態(tài)下微生物衰減的最常見方法是，用一個(gè)單一的速率表達(dá)式包容所有的作用機(jī)制。衰減速率與活性生物量的濃度成正比關(guān)系，單位生物量COD的損失導(dǎo)致等量的氧耗。但在電子受體不是氧的情況下這種方法存在問題。因此模型采納了Dold 等人的方法，仍保留一級(jí)速率表達(dá)式，但速率系數(shù)在概念和數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面都與傳統(tǒng)的衰減速率系數(shù)有明顯的差別。在該模型中，衰減過程把活性生物固體(i5

32、j4) ( 異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌)轉(zhuǎn)化成慢速生物降解顆粒性底物(i4j4)和不可生物降解(惰性)的顆粒性產(chǎn)物(i7j4) ，后者也稱作內(nèi)源殘留物(XP)。細(xì)菌的死亡分解與外源電子受體的存在與否無關(guān)，在厭氧、缺氧和好氧條件下均出現(xiàn)死亡。細(xì)菌的衰減一方面使生物固體量減少，另一方面，在溶解氧或硝態(tài)氮存在的條件下，除了惰性部分外，微生物死亡分解所產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)作為慢速生物降解底物將被其它還存活的微生物用于生物合成，又產(chǎn)生了新的生物固體，即再生作用。由于在合成過程的能量消耗 , 再生的生物量要低于死亡的生物量，所產(chǎn)生的內(nèi)源殘留物也將滯留在活性污泥絮體中。采用這種死亡-再生模型能夠解釋傳統(tǒng)Herbert 內(nèi)源呼

33、吸過程中污泥量的減少。在好氧系統(tǒng)中，傳統(tǒng)內(nèi)源呼吸理論和死亡-再生理論得到的結(jié)果是一樣的，因?yàn)閮烧咧?間存在線性相關(guān)關(guān)系。但在缺氧和厭氧條件下，這兩種理論所得到的結(jié)果是不一樣的。由于異養(yǎng)菌只有在氧或硝態(tài)氮存在的條件下才能出現(xiàn)微生物的細(xì)胞合成。在既無溶解氧也無態(tài)氮的慶氧狀態(tài)下，死亡生物固體產(chǎn)物的水解和利用將完全停止，從而導(dǎo)致慢速可生物降解有機(jī)物的積聚，使隨后的缺氧區(qū)(或好氧區(qū))的反硝化能力（或好氧速率）提高。在厭氧和缺氧條件下，硝化菌都就將出現(xiàn)死亡分解，卻不能增殖，因此慶氧區(qū)和缺氧的存在將明顯影響處理系統(tǒng)的硝化能力。8.2.4 模型的反應(yīng)過程該模型將曝氣池內(nèi)微生物的生長(zhǎng)、微生物的衰減、有機(jī)氮的氨化

34、、被生物絮體捕獲的顆粒有機(jī)物的水解4個(gè)反應(yīng)過程分成8個(gè)子過程。每個(gè)子過程有若干個(gè)組分參加，每個(gè)組分參與若干個(gè)子過程。8個(gè)子過程是：(1) 異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)（j1） 由表8-1j1可以看出，異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)是異養(yǎng)菌在有氧條件下利用氧和溶解性底物的結(jié)果。由于模型中底物和微生物的質(zhì)量濃度都是用COD表示，氧可以看作負(fù)COD。需氧量等于凈COD去除量（去除的溶解性底物減去微生物的生成量），氨氮將從溶液中去除并結(jié)合到微生物細(xì)胞中。溶解性可快速生物降解底物和溶解氧是異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的速率控制因素。溶解性可快速生物降解底物的去除與微生物的生長(zhǎng)成正比。反應(yīng)速率表達(dá)式中包含開關(guān)函數(shù)，氧呼吸飽和常數(shù)很小，在低

35、溶解氧質(zhì)量濃度時(shí)，異養(yǎng)菌停止好氧生長(zhǎng)。（2）異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)（j2） 表8-1j2描述了異氧菌以硝態(tài)氮為最終電子受體的缺氧生長(zhǎng)情況。異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)也是依賴于溶解性可快速生物降解底物生成異氧菌。硝態(tài)氮用作最終電子受體，它的去除量和溶解性可快速生物降解底物去除量與細(xì)胞生成量之差成比例。與好氧生長(zhǎng)相似，氨氮轉(zhuǎn)化為微生物中的有機(jī)氮。缺氧生長(zhǎng)的速率表達(dá)式和好氧生長(zhǎng)的相似。實(shí)際上，溶解性可快速生物降解底物對(duì)速率的影響相同，包括生長(zhǎng)與底物利用飽和常數(shù)。缺氧條件下底物去除的最大速率比好氧條件下要小。因此在速率表達(dá)式中加入一個(gè)小于1的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，稱為缺氧狀態(tài)生長(zhǎng)修正系數(shù)。缺氧生長(zhǎng)依賴于硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度，這與好氧生

36、長(zhǎng)溶解氧濃度的關(guān)系相似。并且，當(dāng)有氧存在時(shí)，缺氧生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，所以反應(yīng)速率要表達(dá)式中包含開關(guān)函數(shù)這一項(xiàng)來反映其影響。（3）自養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)（j3） 表8-1j3描述了自氧菌的好氧生長(zhǎng)。氨氮作為硝化菌生長(zhǎng)的能源,合成自養(yǎng)生物細(xì)胞，并轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。另外，小部分氨結(jié)合到微生物中。氧的利用量與所氧化的氨氮量成正比。模型中分別用氨氮和氧濃度的飽和函數(shù)表示自養(yǎng)菌比生長(zhǎng)速率對(duì)于它們的依賴關(guān)系，后者同時(shí)還是一個(gè)開關(guān)函數(shù)。這兩個(gè)飽和常數(shù)和數(shù)值都很小。(4) 異養(yǎng)菌的衰減（j4） 如前所述，模型在模擬異養(yǎng)菌的衰減過程時(shí)，基本采用了Dold 等的死亡-再生理論。其速率表達(dá)式非常簡(jiǎn)單，與異氧菌的濃度呈一級(jí)反應(yīng)關(guān)系。

37、而速率系數(shù)無論在概念上還是在數(shù)值上都不同于以往的衰減系數(shù)。這種情況下，衰減的作用是將微生物轉(zhuǎn)化為顆粒物和慢速可生物降解底物的結(jié)合物。在這一過程中，沒有COD損失,也不利用電子受體。而且，衰減總是以恒定的速率進(jìn)行(即不是電子受體或其質(zhì)量濃度的函數(shù))，與環(huán)境條件無關(guān) 。生成的慢速可生物降解物質(zhì)隨后水解（j7）,釋放等量的溶解性可快速生物降解COD 。在好氧條件下,這些底物將伴隨著氧的吸收被用作合成新細(xì)胞；在缺氧條件下，將消耗硝態(tài)氮進(jìn)行細(xì)胞的生長(zhǎng)；如果既沒有氧又沒有硝態(tài)氮可利用，將不會(huì)發(fā)生任何轉(zhuǎn)化，慢速可生物降解底物將產(chǎn)生積累。只有恢復(fù)好氧或缺氧條件時(shí)，它才能被轉(zhuǎn)化利用。(5) 自養(yǎng)菌的衰減（j5）

38、 自養(yǎng)菌的衰減與異養(yǎng)菌的衰減完全相似。但自養(yǎng)菌的衰減速率常數(shù)可能比異養(yǎng)菌的衰減速率常數(shù)要小。(6) 可溶性有機(jī)氮的氨化（j6）可溶性有機(jī)氮的氨化速率的表達(dá)式是一經(jīng)驗(yàn)式。(7) 網(wǎng)捕性（顆粒性）有機(jī)物的水解（j7） 由表8-1可以看出，與存在的異養(yǎng)菌質(zhì)量濃度呈一級(jí)反應(yīng)關(guān)系。當(dāng)被網(wǎng)捕的含碳有機(jī)底物量相對(duì)于微生物量來說已很大時(shí)，水解速率將接近于飽和。因?yàn)樾枰傅暮铣?，水解速率必然與存在的電子受體的質(zhì)量濃度有關(guān)。所以，模型假定在氧和硝酸鹽都不存在的情況下水解速率趨向零。(8) 網(wǎng)捕性（顆粒性）有機(jī)氮的水解（j8） 如果假定有機(jī)氮被均勻地分散在慢速可生物降解有機(jī)底物中，那么，被捕捉的有機(jī)氮的水解速率與慢

39、速可生物降解有機(jī)底物的水解速率成正比。8個(gè)子過程的反應(yīng)速率示于表8-1最右一列。8.2.5 模型的參數(shù)8.2.5.1 化學(xué)計(jì)量系數(shù)表8-3中匯總了IAWQ活性污泥法設(shè)計(jì)和運(yùn)行數(shù)學(xué)模型課題組給出的ASM1中5個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)的典型數(shù)值。應(yīng)該說明這些數(shù)值是在pH中性和城市污水條件下(20)的典型數(shù)值，不同的廢水特性和活性污泥組成對(duì)于這些數(shù)值還是有一定的影響的。自養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)YA是亞硝化菌和硝化菌結(jié)合生長(zhǎng)的復(fù)合值，文獻(xiàn)報(bào)道YA的數(shù)值范圍為0.070.28 g細(xì)胞COD產(chǎn)生/gN消耗。ASM1中用mgCOD/L表示自養(yǎng)菌及異氧菌的濃度，1mg MLVSS 約等于1.48mgCOD。硝化作用中每去除1mg

40、NH3-N形成1mg 硝態(tài)氮約合成0.02x113/14=0.1614mg細(xì)胞物質(zhì)（見第節(jié)式9-15），典型的細(xì)胞分子式為C5H7O2N，其分子量為113），換算成COD濃度為0.1614x1.48=0.24mg,因此，0.24是YA的理論值。系數(shù)fp是表征微生物特性的系數(shù)，即表示微生物衰減后以不可生物降解顆粒產(chǎn)物存在的那部分微生物。其數(shù)值不會(huì)因?yàn)閺U水特性的不同而有較大的不變化。對(duì)于典型的細(xì)胞分子式（C5H7O2N）,微生物細(xì)胞中的含氮量iXB的數(shù)值為0.086gN/g活性生物體細(xì)胞COD。生物固體惰性組分含氮量似乎更少，iXP值為0.06gN/g內(nèi)源殘留物COD。模型對(duì)fp 、iXB和iXP

41、3個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)的敏感度較小，因此在應(yīng)用中通常使用典型值。YH和YA對(duì)系統(tǒng)的模擬和模型的應(yīng)用結(jié)果影響較大，在設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行中使用這些系數(shù)，應(yīng)該通過批式、動(dòng)態(tài)連續(xù)試驗(yàn)或直接從生產(chǎn)性處理廠確定這些系數(shù)。國(guó)外學(xué)者就化學(xué)計(jì)量系數(shù)的測(cè)定提出了多種生物、物化和模型辨識(shí)方法。其中，序批反應(yīng)器耗氧速率測(cè)定法（OUR）由于簡(jiǎn)便易行應(yīng)用較多。表8-3 ASM1中的5個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)序號(hào)化學(xué)計(jì)量系數(shù)符號(hào) 單位 典型數(shù)值(20) 1異氧菌產(chǎn)率系數(shù)YHg細(xì)胞COD產(chǎn)生/gCOD消耗 0.67 2自養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)YAg細(xì)胞COD產(chǎn)生/gN消耗 0.24 3生物固體的惰性組分值fp 0.08 4生物固體的含氮量iXBgN/g活

42、性生物體細(xì)胞COD 0.086 5生物固體惰性組分含氮量iXPgN/g內(nèi)源殘留物COD 0.068.2.5.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù) 表8-4中匯總了IAWQ活性污泥法設(shè)計(jì)和運(yùn)行數(shù)學(xué)模型課題組給出的ASM1中14個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的定義和典型數(shù)值。表8-4 ASM1中的14個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及定義序號(hào)動(dòng)力學(xué)參數(shù)符號(hào)單位推薦值20 10異氧菌的生長(zhǎng)和衰減1 異氧菌最大比生長(zhǎng)速率d-1 6.0 3.02 異氧菌生長(zhǎng)與底物利用飽和常數(shù)KSgCOD/m320.0 20.03 異氧菌比衰減（死亡）速率bHd-1 0.62 0.204 異氧菌氧呼吸飽和常數(shù)KO,HgO2/m3 0.20 0.205 反硝化菌硝態(tài)氮呼吸飽和常數(shù)K

43、NOgNO3-N/m3 0.50 0.506 異氧菌缺氧狀態(tài)生長(zhǎng)修正系數(shù)g 0.8 0.8污泥所捕集的顆粒性COD水解7捕集COD的水解速率khgCOD/(g細(xì)胞COD·d) 3.0 1.08捕集COD水解飽和常數(shù)KXgCOD/g細(xì)胞COD 0.03 0.019缺氧條件下水解修正系數(shù)h 0.4 0.4自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)和衰減10自養(yǎng)菌最大比生長(zhǎng)速率d-1 0.8 0.311自養(yǎng)菌生長(zhǎng)與底物利用飽和常數(shù)KNHgNH3-N/m3 1.0 1.012自養(yǎng)菌的氧飽和常數(shù)KO,AgO2/m3 0.4 0.413自養(yǎng)菌比衰減（死亡）速率bAd-1 0.12 0.1214溶解性有機(jī)氮的氨化速率kam3/

44、(gCOD·d) 0.08 0.04 下面對(duì)表8-4中的參數(shù)作一簡(jiǎn)單的分析和說明。1）異氧菌氧呼吸飽和常數(shù)KO,H和反硝化菌硝態(tài)氮呼吸飽和常數(shù)KNO是用來作為開關(guān)函數(shù)。當(dāng)溶解氧濃度下降時(shí)，異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)關(guān)閉，缺氧生長(zhǎng)開啟。同樣，自養(yǎng)菌的氧飽和常數(shù)KO,A也是用來作為開關(guān)函數(shù)，當(dāng)溶解氧水平變低時(shí)停止硝化反應(yīng)。因此，只要數(shù)量級(jí)相同、運(yùn)行濃度相對(duì)較小，這些參數(shù)的實(shí)際取值并不要求十分精確。對(duì)于不同的情況不必逐一取值，采用表8-4所提到的典型值也能得到滿意的結(jié)果。2）是表征自養(yǎng)菌生長(zhǎng)最關(guān)鍵的參數(shù)，對(duì)于硝化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和控制極為重要。相對(duì)于飽和常數(shù)KNH來說，對(duì)于廢水中的化學(xué)物質(zhì)的濃度更敏感，

45、而且能決定防止出現(xiàn)硝化菌流失的最小SRT 。因此，測(cè)定要盡量準(zhǔn)確。Hall(1974)推薦利用連續(xù)流的方法測(cè)定。即用一個(gè)完全混合反應(yīng)器，使它在高DO濃度下運(yùn)行, 并且反應(yīng)器中只發(fā)生硝化反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)開始階段，降低反應(yīng)器中廢棄污泥排放量，使 SRT時(shí)間大于到高度硝化所需的SRT。由于硝態(tài)氮隨著硝化菌的額外生長(zhǎng)而增加，需要隨時(shí)測(cè)量反應(yīng)器中硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度。由于污泥中硝態(tài)氮的濃度與自養(yǎng)菌數(shù)量成比例，可用硝酸鹽的質(zhì)量濃度變化來估算。如果畫出硝態(tài)氮濃度自然對(duì)數(shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線 , 其斜率為。此處 , 是新的SRT,是硝化菌的傳統(tǒng)衰減速率系數(shù)（取用設(shè)定值），于是可得。除了Hall推薦的方法，Nowak等（1

46、994）利用呼吸計(jì)量法通過測(cè)定自養(yǎng)菌的最大呼吸速率OURmax來間接計(jì)算出。Lesouef(1992) 提出用測(cè)定硝化速率的方法得到，即在測(cè)定硝化速率的兩個(gè)試驗(yàn)中，加入已知量的底物以提高自養(yǎng)菌濃度，自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)速率可由兩個(gè)硝化速率的差值與加入底物的比率得知。3）預(yù)測(cè)污泥產(chǎn)率和需氧量需要知道bH 的確切數(shù)值，因此，它必須根據(jù)所使用的污泥確定bH 的確切數(shù)值。在傳統(tǒng)的活性污泥模型中，內(nèi)源衰減系數(shù)k d是根據(jù)污泥齡與比底物去除速速率的線性關(guān)系而獲得，但該過程僅定義了衰減系數(shù)k d約為0.05d-1, 比真正的bH值要低。當(dāng)泥齡升高時(shí)估測(cè)的k d值就不準(zhǔn)確。由于活性污泥1號(hào)模型將活性微生物與顆粒性惰性

47、有機(jī)物區(qū)分開來，因此，Ekama等（1986）推薦用批量反應(yīng)器呼吸計(jì)量法測(cè)定bH值。即從完全混合反應(yīng)器中取出污泥置于間歇反應(yīng)器中，幾天內(nèi)多次測(cè)量OUR，氧吸收速率的自然對(duì)數(shù)與時(shí)間關(guān)系曲線的斜率就是傳統(tǒng)衰減系數(shù)。試驗(yàn)過程中，投加20mg/L的硫脲來抑制硝化反應(yīng) ,pH 維持在中性的恒定值。如果YH和fp己知,則bH可由下式計(jì)算: （8-13） 文獻(xiàn)中也有批量反應(yīng)器呼吸計(jì)量法測(cè)定bH值其他方法的報(bào)道，對(duì)于bH值的測(cè)定目前尚無規(guī)范的方法。 4）自養(yǎng)菌比衰減（死亡）速率bA與傳統(tǒng)的衰減速率常數(shù)在數(shù)值上相等。這是因?yàn)橛伤p產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)的循環(huán)只和異氧菌的活動(dòng)有關(guān)。5）自養(yǎng)菌生長(zhǎng)與底物利用飽和常數(shù)KNH可

48、以采用Williamson和McCarty（1975）的無限稀釋法確定。它是將從完全混合反應(yīng)器中取出的硝化活性污泥樣品置于間歇進(jìn)水的反應(yīng)器中 ，進(jìn)水中加氨氮，使得體積流速非常小，連續(xù)進(jìn)入低于微生物硝化潛力的氨氮負(fù),使得反應(yīng)器能獲得假穩(wěn)態(tài)。 該試驗(yàn)提供了比硝化速率與假穩(wěn)態(tài)氨氮濃度之間的關(guān)系。通過分析，可以獲得自養(yǎng)菌生長(zhǎng)與底物利用飽和常數(shù)KNH的數(shù)值值。因?yàn)橹T如pH值、溫度和DO濃度等環(huán)境因素會(huì)影響硝化速率，在試驗(yàn)中應(yīng)該注意使他們保持恒定。特別要保持足夠高的DO濃度，使得接近于1。 6）異氧菌缺氧狀態(tài)生長(zhǎng)修正系數(shù)g和缺氧條件下水解修正系數(shù)h是預(yù)測(cè)反硝化的兩個(gè)重要參數(shù)。g是調(diào)整與缺氧條件有關(guān)的變化，

49、或調(diào)整只有一部分微生物可反硝化的校正因子；h是對(duì)慢速生物降解物質(zhì)在缺氧條件下，水解速率小于好氧條件下進(jìn)行校正的因子。這兩個(gè)校正因子在數(shù)值上不同，h值較小。進(jìn)水中有反硝化能力的那部分微生物及處理構(gòu)筑物等因素會(huì)影響這兩個(gè)參數(shù)的值。在兩個(gè)除最終電子受體不同(一個(gè)是好氧條件下的氧，一個(gè)是缺氧條件下的硝酸鹽)之 外其他完全相同的間歇反應(yīng)器中，估算氧和硝酸鹽的消耗速率，可同時(shí)進(jìn)行測(cè)量g和h的試驗(yàn)。該試驗(yàn)的基本原理如下：將污泥引入間歇反應(yīng)器中，與廢水接觸后不久，反應(yīng)器中的 主導(dǎo)反應(yīng)開始是異養(yǎng)菌依賴易生物降解物質(zhì)的生長(zhǎng)，而后占優(yōu)勢(shì)的是利用由慢速降解物質(zhì)水解產(chǎn)生的底物的反應(yīng)。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，需要保證底物與微生物濃度

50、的比例(F/M)保持在圖8-5所示的合適范圍。如果F/M太小,則易生物降解物質(zhì)的去除時(shí)間會(huì)太短，無法準(zhǔn)確測(cè)量OUR和硝酸鹽利用率(NUR)；如果F/M太小，由于這兩個(gè)階段的速率相差太小，以致無法確切的區(qū)分 ；只有F/M合適，才能準(zhǔn)確區(qū)分這兩個(gè)區(qū)的活性,并有足夠的時(shí)間去準(zhǔn)確測(cè)定好氧反應(yīng)器中的 OUR和缺氧反應(yīng)器中的NUR。如果OURg代表第一階段的OUR,NURg代表第一階段的NUR,則g可由下式計(jì)算： （8-14）同時(shí) ,如果OURh代表第二階段的OUR,而NURg代表第二階段的NUR,則h計(jì)算如下： （8-15）7）異氧菌最大比生長(zhǎng)速率和異氧菌生長(zhǎng)與底物利用飽和常數(shù)KS很難準(zhǔn)確估算,但模 圖

51、8-6 F/M比值對(duì)間歇反應(yīng)器OUR的影響 (Ekama等人，1986)型對(duì)于它們的值不敏感。的主要功能是預(yù)測(cè)OUR的最大值,因此，的測(cè)定應(yīng)該以氧吸收的測(cè)量為基礎(chǔ)。KS的主要功能是開關(guān)函數(shù)，控制著異養(yǎng)菌生長(zhǎng)和底物去除的一級(jí)或零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。下面介紹Cech等（1985）估算和KS值的呼吸測(cè)定法。從試驗(yàn)活性污泥反應(yīng)器中取出污泥，曝氣1h得到恒定的背景呼吸速率。將污泥和廢水按不同的稀釋比混合，使微生物的比呼吸速率達(dá)到最大。在試驗(yàn)過程中，需要保持高水平的DO 濃度, 使得不同試驗(yàn)中的項(xiàng)大致相等，并接近l 。結(jié)合已知的廢水特性，用這些化學(xué)計(jì)量系數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)可以估算從小試反應(yīng)器取出的活性污泥中異養(yǎng)菌濃度XB,H。然后,將測(cè)定的呼吸速率除以呼吸計(jì)中異氧菌濃度,可得到菌種的比呼吸速率。測(cè)量值與背景值之差為底物氧化的速率rresp.OX。于是，可以計(jì)算異氧菌比生長(zhǎng)速率: （8-16）因?yàn)樵谠囼?yàn)過程中保持高的DO濃度，只是易降解底物濃度SS的函數(shù)。用多種方法分析以SS為函數(shù)的數(shù)據(jù),可以得到和KS。 8）無論是城市污水還是工業(yè)廢水，慢速可生物降解有