探究技術：活性污泥模型 （ASM）的誕生

時間：2021-04-26 11:38:02 來源：IWA國際水協會 作者：

2015年IWA國際水協會出版了一本重磅好書《活性污泥模型的應用》。該書對污水處理的活性污泥工藝的數學模型(ASM)發展史進行了匯總，收納了過去二十多年里ASM模型的實際應用的案例，類型包括了模型的研發、污水廠的優化、擴建、升級、翻新和解決實際的運行問題等。

我們IWA國際水協會曾在2016年的微信推送里向讀者隆重介紹過此書，但由于篇幅有限，我們沒有就書中的一個隱藏彩蛋展開細說在本書開頭，有一篇向南非污水處理專家Gerrit van Rooyen Marais致敬的長文，作者是南非開普敦大學的George Ekama教授。George Ekama教授的故事我們此前已介紹過。Gerrit van Rooyen Marais是誰？為何一本關于ASM模型的書要請Ekama教授為他親筆致敬呢？在本期微信推送里，我們借著這篇長文，了解一下活性污泥工藝模型的故事。

輝煌履歷

Gerrit van Rooyen Marais生于1927年12月20日。他在26歲的時候才開始上大學，此前在南非鐵路局做過鉗工和車床工的學徒，也在伊麗莎白港技術學院當過講師。

他在1955年獲得了開普敦大學的土木工程本科學位，隨后又在南非金山大學（Witwatersrand University）獲得碩士學位，研究內容是礦業的黏土大壩的滑坡事故問題。碩士畢業之后他去了贊比亞(當時的Northern Rhodesia)的住房委員會從事低成本住房、供水和衛生設施的研究，一做就是六年。在這期間，他還去過英國倫敦的帝國理工又修了一個碩士。他在六年的研究工作后來轉化成19篇有關低成本供水和衛生設施的文章。其中有一篇是關于如何自制實用可靠的探針(Mackereth)和儀表來測量曝氣塘中的溶解氧濃度，這篇文章在1967年獲得了南非土木工程師研究所的最具創新力短篇論文(Short Paper)的殊榮。

1967年，在金山大學做了一段時間巖土工程學高級講師的工作之后，Marais教授轉到開普敦大學任職，擔任學校土木工程學院水資源與公共衛生工程系的主任，一直到1992年退休。這算是他職業生涯的第二個階段，也是他最成功的階段。

Marais教授主要的研究興趣是市政水處理，研究內容幾乎涵蓋了污水生物處理的各細分領域。因為研究做得好，1970年他被任命為世界衛生組織環境衛生專家委員會成員，并一直任職到1987年。在1976年和1980曾前往巴西圣保羅和哥倫比亞的波哥大為當地的污水處理問題提供咨詢服務。1972年他被美國衛生工程學會作為杰出外國教授到美國出席會議。經過不懈的努力，他在1977年當選開普敦大學杰出學者。

活性污泥模型

活性污泥工藝的模型研究作為一門專業至今已經有50年左右的歷史。聊起活性污泥模型(ASM)，真的不得不提Marais教授，說他是對ASM模型影響最大的人也不為過。1970年Marais教授開始研究活性污泥系統，然而當時的設計標準還相當有限，各地的污水廠主要還憑經驗設計和運行污水廠，出水標準得不到可靠保證。Marais教授一開始就認為各種活性污泥法的基本生物進程原理都是相同的，所以理應可以通過一個生物動力學的基礎模型來進行描述和模擬。

沿著這個思路，他和他的學生開始了一系列長期試驗和建模研究，主要分為兩個平行但互補的項目：

實驗部分：提供數據，首先滿足BNR工藝設計達標的短期需求，其次滿足動力學模型的數據驗證的長期需求；

理論部分：為各種基于活性污泥法的細分系統開發一個綜合模型。

在1972-1980年的實驗期間，他的團隊幾乎運行過各種單級或多級BNR反應器類型。以開普敦大學命名的著名的UCT工藝正是這8年辛勤付出的成果，當時的開發目的是為了去除硝態氮對強化生物除磷的影響。

圖. UCT工藝圖 |圖源：ResearchGate

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