活性污泥法动力学模型研究进展和展望

2OO2年3月第25喜第3期重庆犬学学报(自然科学版)Joumal0fch0nngUnive~ty(NaturalScienceEdition)Ⅷ．25No．3Mar．2002文章编号：10130—582X(2002103—0109—06活性污泥法动力学模型研究进展和展望’卢培利，张代钧，刘颖，王飞(重庆犬学资源厦环境科学学院，重庆4004)摘要：从模型的机理、功能和表述形式等方面对活性污泥法动力学模型的研究进展进行了全面的综述，详细介绍了发展进程中具有重要意义的几种模型：Eekenfelder模型、Mckinney模型、Lawrence—McCoy模型、Andl~w$模型、wm模型厦国际水协的3套模型，分析比较了各自的优点和不足。结合环境微生物学研究成果和废水处理技术的发展方向，分析讨论了活，l生污泥法动力学模型研究需要解班的一些重要问题。提出夸后的研究可能主要集中于废水蛆分的进一步细化、污水处理厂运行快速自动模拟预测厦控制系统和污水处理厂设计自动化系统的开发与完善等方面，逐步缩小我国在模型使用方面与国外的差距。关键词：废水生物处理；活性污泥法；模型中图分类号：X703文献标识码：A活性污泥法是废水生物处理中应用最广泛的方法之一。起初对于活性污泥过程的设计和运行管理主要依靠经验数据，自20世纪5O年代后期，Eekenfelder等人基于反应器理论和生物化学理论提出活性污泥法静态模型以来，动态模型研究不断发展，已成为国际废水生物处理领域的研究热点。但我国在该领域的研究尚处于起步阶段。与国际先进水平存在很大差距。笔者就活性污泥法动力学模型研究进展进行了全面的综述，结合现代环境微生物学研究成果和废水监测技术的发展，提出了一些研究展望，以期推动和促进我国活性污泥动力学模型研究和应用的发展。l微生物模型微生物模型描述的是微生物生长和限制生长的基质浓度之间的关系，是活性污泥法数学模型的理论基础。微生物模型的不断发展推动了活性污泥数学模型研究的13趋深人。1．1Monod模型1942年，Monod发现均衡生长的细菌的生长曲线与活性酶催化的生化反应曲线类似，1949年发表了在静态反应器中经过系统研究得出的Monod模型⋯：Sr一。Monod模型实质上是一个经验式，是在单一微生物对单一基质、微生物处于平衡生长状态且无毒性存在的条件下得出的结论。大多数实际过程并非如此。所以，在应用中对适用条件的忽视常常导致Monod模型的失败。1．2微生物综合模型针对实际情况总是多基质并存的现象，提出了微生物在混台基质条件下生长的综合模型。根据微生物对同时存在的基质的利用方式，分为以下几种模式】：1)微生物同时利用几种基质：=一。鸯i2)微生物分别利用数种基质：=fG＼l一。』3)一种基质被同时用作多种用途时：=一。+sl2活性污泥法数学模型活性污泥法数学模型的发展经历了从简单的拟合实验数据，到采用经典微生物生长动力学模型，直至现在的根据生物处理自身的特性进行过程分析和辨识的·收稿日期：2001．12-(~作者简介：卢培利0975一)，男，安徽省蚌埠市人，重庆大学硕士研究生。主要从事废水处理技术与工程方面的研究。维普资讯http://www.cqvip.comllO重庆太学学报(自然科学版)2OO2血过程。2．1传统静态模型传统静态模型以20世纪5O一7O年代推出的Eckenfelder、Mckirmey、IⅧce—McCm'~模型为代表，这些模型所采用的是生长一衰减机理(图1)。cOHCO2+H2O⋯物图1生长一衰减机理2．1．1Eckenfelder模型该模型是w．W．Eckenfelder．Jr对间歇试验反应器内微生物的生长情况进行观察后于1955年提出的。当微生物处于生长率上升阶段时，基质浓度高，微生物生长速度与基质浓度无关，呈零级反应：半=K·Xm当微生物处于生长率下降阶段时，微生物生长主要受食料不足的限制，微生物的增长与基质的降解遵循一级反应关系：半=-Sm当微生物处于内源代谢阶段时，微生物进行自身氧化：：墨．m2．1．2McKinney模型该模型是由R．E．McKinney在2o世纪6o年代初发表的。与Eckenfelder模型相比，McKirmey模型忽略了微生物浓度对基质去除速度的影响，认为在活性污泥反应器内，与微生物浓度相比．属低基质浓度，微生物处于生长率下降阶段．代谢过程为基质浓度所控制，遵循一级反应动力学。McKinney模型可以表述为：P=一·F口McKinney模型还首次提出活性物质的概念．认为活性污泥中只有部分具有活性的微生物对基质降解起作用。虽然当时还无法直接测定活性物质，但这一概念的提出．为活性污泥模型的研究开拓了新的思路。2．1．3Lawrence—McCarty模型A．W．Lawrence和P．L．McCm'~于1970年