活性汚泥モデル

活性汚泥モデルは、活性汚泥システムをモデル化する数学的手法のグループの総称です。この分野の研究は、国際水協会(IWA) のタスク グループによって調整されています。活性汚泥モデルは、仮想システムにおける生物学的プロセスを研究するための科学研究で使用されています。また、汚泥生成と排水中の栄養素の参照データを使用して慎重に調整すれば、 フルスケールの廃水処理プラントに適用して最適化することもできます。

1983年頃、国際水質学会（IWAを形成した団体の1つ）のタスクグループが結成されました。彼らは、窒素除去のための活性汚泥モデル化に使用できる数学モデルの一般化されたフレームワークの作成を開始しました。^{[1] [2]}主な目標の1つは、生物学的プロセスを正確に予測できる一方で、複雑さを可能な限り低くし、表現しやすいモデルを開発することでした。4年後、ASM1と名付けられた最初のIAWQモデルが完成し、化学的酸素要求量（COD）、細菌の増殖、バイオマス分解を考慮した基本モデルが組み込まれました。

活性汚泥モデルは次の要素で構成されます。

• 状態変数：これには、COD、バイオマス、有機および無機のさまざまな栄養素のさまざまな割合が含まれます。
• 動的プロセスの説明：モデル化されたさまざまな生物学的プロセスとその式をリストします。
• パラメータ: 成長速度や減衰速度、加水分解の半飽和係数など、生物システムの状況を記述する変数。

ASM1 の作業が 1983 年に開始される前に、活性汚泥モデリングには既に約 15 年の経験がありましたが、活性汚泥の数学的システムに取り組んだ各研究グループは、他のグループと互換性のない独自のモデル フレームワークを作成しました。そのため、ASM1 は研究を促進し、活性汚泥モデリングに大きな影響を与えました。

ASM1は数多くの拡張の基礎となりました。^[2]これらの拡張には、例えば窒素とリンの除去のより優れた予測が含まれます。広く使用されている拡張モデルには、ASM2、ASM2d、ASM3Pなどがあります。ASM1モデルの発表時には、生物学的リン除去がすでに使用されていましたが、このプロセスは当時完全には理解されていませんでした。リン除去細菌の基礎知識がASM1モデルに組み込まれ、パラメータがそれに応じて調整されました。そのため、8年後の1995年にASM2が発表されました。

ASM1 には、リン蓄積生物の役割や、生物学的リン除去と窒素除去の関係は含まれていません。ASM1 の拡張バージョンである ASM2 は、生物学的および化学的リン除去を含めるように開発されました。1990 年代後半に科学的理解が深まるにつれて、ASM2 は主にリンの無酸素および好気的吸収の追加によって ASM2d に拡張されました。

IWA 活性汚泥モデルは、既存のプログラムでよく使用されています。最も一般的なのは、Biowin、GPS-X、WEST、STOAT、SIMBA#、SUMO、ASIM です。さらに、Matlab 実装、COST 682 ベンチマーク レポートの Fortran コード、Modelica WasteWater ライブラリの Modelica コードもあります。

• 活性汚泥
• 細菌の増殖
• 膜バイオリアクター
• ミカエリス・メンテン反応速度論
• モノ方程式

• 活性汚泥システムのモデリングに関するさまざまな博士論文
• ASM1およびTakacs沈殿タンクモデルの詳細なアルゴリズム