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活性污泥工艺的模型研究作为一门专业至今已经有50年左右的历史。在20世纪80年代，污泥模型研究水平最高的团队来自南非开普敦大学（Universityof Cape Town），其带头人是Gerrit van Rooyen Marais教授以及他的学生George Ekama教授。当时的活性污泥模型很多仍为手写形式，而且过于复杂，加之当时的计算机能力有限，污泥模型并未得到广泛应用。
1982年，国际水协会（IWA）的前身国际水污染研究与控制协会（IAWPRC -International Association on Water Pollution Research and Control) 组建了一个活性污泥工艺设计和运行的数学模型工作组。工作组希望建立一个平台，开发复杂度最小化、面向未来的脱氮活性污泥工艺模型。
▲ 根据 George Ekama教授和 Gerrit van Rooyen Marais教授1978年收集的数据汇总的实验系统数据表
▲ George Ekama教授 (右三) 出席国际水协会 2012年在韩国釜山举办的项目创新大奖（Project Innovation Award, PIA）颁奖礼
工作组于1985年在丹麦的Kollekolle召开的研讨会上制定了建模大纲，并于1987年发布了最终的成果，也就是如今为我们所熟知的活性污泥1号模型（ASM1），也被称作IAWPRC模型和IAWQ模型。在这期间，许多科学家和工程师为模型的开发付出了大量时间和努力，为的是建立一个能经受时间考验的平台——它将不仅仅是一个模型，同时也是对污水特性描述的一个指导准则，其模型参数设定了一套反映实际情况的默认值。
▲ 一个模型逐步修正完整的过程图（Smolders et al.,1995)
▲ 污水厂模型的流程图 (Meijer, 2004)
ASM1模型在推出之后很快得到了业内人士的认可，并得到了广泛的使用，成为日后其他模型开发的基石。如今30年过去了，已经很少人再直接使用ASM1来建模，但它依然是许多衍生模型的核心。尤其是它的矩阵标记法，促进了复杂模型间的交汇沟通，使得讨论的焦点放在生物动力学的核心部分。
▲ 活性污泥模型的化学计量矩阵的示例表 (Gujer & Larsen, 1995)
在ASM1发布的时候，生物除磷已经在一些污水厂得到应用。由于其还处于理论摸索阶段，所以当时的工作组没有它纳入模型中来。但在上世纪的80年代中期到90年代中期，生物除磷的受欢迎程度快速提高，反之也加深了人们对工艺的认识。1995年活性污泥2号模型ASM2正式面世，这一次模型包含了氮和磷的去除。事实上，ASM2在1994年就已经完成，但当时反硝化与生物除磷的关系还没被研究清楚，因此并没有纳入ASM2模型里。然而，随着研发的迅猛进展，许多研究和工程实践的模拟中都需要将参与反硝化的PAOs 聚磷菌考虑在内，所以1999年工作组发布了包含了PAOs的升级版ASM2d模型。而与此同时，ASM3模型和荷兰代尔夫特理工大学的TUDP模型也相继面世，它们都将微生物的代谢路径考虑在内，让污水处理模型变得更加透明清晰。
▲ 各种活性污泥模型的年历总览
▲ 四个常见模型的关键特点汇总
ASM模型家族对污水处理的影响是深远的，其主要体现在三个方面。
第一，ASM模型家族为相关工作者提供了共同的语言，包括了一些术语统一、矩阵制表的准则等。这大大方便了同行的交流。
第二，模型使大家的工作更加高效。它不仅帮助研究人员更好地设计实验，也帮助污水厂的运行人员更好地理解和管理污水厂的数据。
第三，模型作为研究的纲领为人使用，帮助人们通过模型发现新的研究需求。
《活性污泥模型的应用 Applications of Activated Sludge Models》这本书的第一版是为了纪念ASM1模型诞生25周年，同时也是对Gerrit van Rooyen Marais教授的致敬，George Ekama教授亲自为该版撰写了序言。2015年，该书推出了最新版本，其对污水处理的数学模型发展史进行了最新汇总，收纳了过去二十多年里ASM模型的实际应用案例，包括模型的研发、污水厂的优化、扩建、升级、翻新和解决实际运行问题。该书内容详实，配图精美，非常值得阅读。