1987年，活性污泥數學模型(ASM1)問世，這一污水處理理論的出現事實上系統地構建起了當今污水處理理論大廈的基本框架。2017年，正好是活性污泥數學模型問世30周年，回顧這一重大理論的發(fā)展也許會對當今人工智能和大數據發(fā)展浪潮下的污水處理走向有一些啟迪。

追溯ASM的發(fā)展，不能不提南非開普敦大學的Gerrit Marais ，他是對ASM模型影響最為重要的人物。早在70年代， 當世界各地依然在用經驗法則設計和運行污水處理廠時，Gerrit Marais就已經開始了深入的試驗與模型理論研究，他同時走了兩條路線，一條是通過試驗獲得大量數據，首先滿足生物脫氮除磷設計的短期所需，其次是滿足模擬動力學模型的長期所需。另外一條路線是開發(fā)活性污泥工藝的系統動力學模型，這兩條技術發(fā)展路線構思巧妙，相得益彰，試驗階段從1972年一直持續(xù)到1980年。

1981年，Gerrit Marais提出了硝化-反硝化系統的通用動力學模型，這一模型對SRT在3-30天、溫度在12~24℃的活性污泥系統可以實現準確的模擬預測。后來Gerrit Marais應邀加入國際水污染研究與控制協會(IWA前身)的生物處理模型工作組，他的這一早期模型被接受為ASM1模型的基礎。1984年之后，Gerrit Marais又將研究的方向集中在了生物除磷，直至1992年退休。2005年，Gerrit Marais教授去世。

Gerrit Marais

ASM模型能夠問世還需要提及另外一個重要人物——Poul Harremoes。1981年，這位丹麥技術大學的教授時任國際水污染研究與控制協會主席，他當時有了將不同模型整合成一個統一國際框架的想法。

Poul Harremoes

為此，Poul Harremoes邀請了這個領域幾位最為知名的專家成立了工作組來實現這一想法，這幾位專家包括Mogens Henze(丹麥技術大學)、Gerrit Marais(南非開普敦大學)、Les Grady(美國Clemson大學)、Willy Gujer(瑞士EAWAG)，為了體現模型的國際化，又邀請了亞洲的代表Tomonori Matsuo(日本東京大學)。Poul Harremoes認為Mogens Henze擔任這個工作組的主席再合適不過，因為Mogens Henze沒有自己的模型去捍衛(wèi)。

1982年，在國際水污染研究與控制協會的支持下活性污泥數學模型設計與運行工作組成立。當時許多人認為這個工作組不會取得任何共識，因為工作組中的每個人都個性強烈。但經過三年之后，工作組提交了IAWPRC ASM模型框架。在1986年里約熱內盧的IAWPRC會議上正式命名為ASM1模型，并在1987年正式推出，這樣的做法事實上非常成功，為后續(xù)模型的發(fā)展奠定了堅實的基礎。后來Poul Harremoes的妻子回憶他在參加世界各地會議做自我介紹時，臺下許多人都會說：“噢，這就是那個組織模型的人”。2003年，Poul Harremoes教授去世。

從80年代中期到90年代中期，生物除磷機理得到了深入的認識，與此同時，ASM模型工作組的成員發(fā)生了變化，在Grady離開之后Takashi Mino(東京大學)和Mark Wentzel(開普敦大學)加入了工作組，之后ASM2模型問世。ASM2模型包含了生物除磷過程，但這個模型是介于復雜與簡單之間的折中。

1996年，在Tomonori Matsuo、Mark Wentzel、Gerrit Marais離開工作組之后，Mark van Loosdrecht(荷蘭代爾夫特理工大學)加入。由于反硝化除磷現象的共識，ASM2模型在1999年進行了擴充加入了反硝化除磷菌(DPAO)，稱之為ASM2d。在推出ASM2d模型的同時，工作組也發(fā)展了ASM3模型以修正ASM1的不足，ASM3將異養(yǎng)菌的死亡——再生過程用內源呼吸過程來取代，同時引入了有機物胞內貯存的過程。

目前，ASMs模型被廣泛認為是描述污水處理復雜現象的有效工具，無論是在北美、澳大利亞，還是歐洲的眾多國家，模型被廣泛使用。一些模擬軟件也得到了快速的發(fā)展，如GPS-X、SIMBA、STOAT、WEST、BioWin、SUMO、Aquasim等。為了使模型更好地應用于實踐，一些實用導則在世界各地得到了發(fā)展，這些導則主要是指導如何模擬污水廠的行為、如何刻畫污水水質特征。

2004年在摩洛哥舉行的第四屆IWA世界水大會上，來自世界各地的污水處理模擬工作研究團隊相聚，并提出建立一套國際化的通用框架，以規(guī)范ASM類模型在實際中的應用。為此，國際水協(IWA)成立了新的良好建模實踐工作組(GMP-TG)，2013年工作組完成了《活性污泥模型應用指南》。顯然，國際水協(IWA)為促進模型的發(fā)展、提供實踐交流平臺方面扮演了重要的角色。

三十而立，活性污泥數學模型建立起了獨特的理論體系風格，對將來的發(fā)展也形成了基本的基調，未來的模型發(fā)展不僅會關注營養(yǎng)物的去除，還會涉及能耗、環(huán)境影響方面。同時，一些創(chuàng)新的技術如好氧顆粒污泥、厭氧氨氧化等的認識愈加深入也將會帶動模型的進一步發(fā)展。

還有一個不能忽視的問題是盡管模型已經很成熟，但由于缺乏足夠輸入數據或者由于動態(tài)特性的影響，模型的可靠性往往是一個問題，為此IWA成立了一個有關模型在設計與運行時不確定性的工作組(DOUT)，研究當模型用于工程實踐時時如何進行不確定性的評估。此外，模型的發(fā)展也將會不斷外延，排水管道-處理廠-河流整合在一起的模型也在不斷發(fā)展，另外如何將SCADA系統的海量數據整合在動態(tài)模型中也將引人關注。

 來源:中宜環(huán)科環(huán)保產業(yè)研究  作者:陳珺

特此聲明：
1. 本網轉載并注明自其他來源的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點。
2. 請文章來源方確保投稿文章內容及其附屬圖片無版權爭議問題，如發(fā)生涉及內容、版權等問題，文章來源方自負相關法律責任。
3. 如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發(fā)表之日內起一周內與本網聯系，否則視為放棄相關權益。