厭氧生物反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模擬.pdf

1、在厭氧生物過程的理論研究和實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)學(xué)模型起著重要的作用。本論文以厭氧生物反應(yīng)器為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)學(xué)模型，對處理不同類型底物的厭氧反應(yīng)器工況進(jìn)行了模擬，其主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1.考察了豆制品廢水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器啟動(dòng)，通過將線性唯象方程（LPE）引入ADM1，建立了可以描述厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器啟動(dòng)過程的數(shù)學(xué)模型。采用兩種不同厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)校正和驗(yàn)證了所建模型，發(fā)現(xiàn)模型模擬值和實(shí)驗(yàn)測量值吻合，驗(yàn)證

2、了所建立啟動(dòng)模型的合理性和有效性；靈敏度分析表明乙酸去除產(chǎn)甲烷過程的加速系數(shù)靈敏度最高，說明產(chǎn)甲烷菌的活性是厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器啟動(dòng)成功的關(guān)鍵所在。
　　 2.研究了氨氮對厭氧消化各生化反應(yīng)的影響和氨氮的主要抑制形態(tài)，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。發(fā)現(xiàn)氨氮對厭氧酸化、各有機(jī)酸降解和甲烷產(chǎn)生過程都存在一定的抑制作用，且氨氮抑制以自由氨抑制為主；所建模型全面考慮了自由氨對酸化、丁酸降解、丙酸降解、乙酸降解產(chǎn)甲烷和氫氣降解產(chǎn)甲烷過程的影響。

3、r>　　 3.在綜合考慮UASB反應(yīng)體系生化動(dòng)力學(xué)和水力學(xué)作用的基礎(chǔ)上，建立了描述UASB反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型。所建模型能很好地模擬UASB反應(yīng)器出水中各組分變化和產(chǎn)氣狀況，且模擬結(jié)果優(yōu)于目前國際上通用的ADM1；有機(jī)負(fù)荷和軸向流速對UASB反應(yīng)器中的混合程度有著重要的影響，在高有機(jī)負(fù)荷和高軸向流速下，反應(yīng)器內(nèi)的混合程度較高，軸向擴(kuò)散系數(shù)較小。
　　 4.采用響應(yīng)曲面中心點(diǎn)設(shè)計(jì)法優(yōu)化了厭氧顆粒污泥制氫反應(yīng)器的操作條件。在優(yōu)化制氫條

4、件為底物濃度16.3 g/L和水力停留時(shí)間14.5 h時(shí)，氫氣產(chǎn)率為120mL-H2/g-glucose；底物濃度和HRT對氫氣產(chǎn)率影響顯著，但交互影響作用不顯著；實(shí)驗(yàn)表明厭氧發(fā)酵制氫的主要水相產(chǎn)物是乙醇、乙酸和丁酸，其產(chǎn)率都與底物濃度和水力停留時(shí)間有關(guān)。
　　 5.研究了微波預(yù)處理對水花生的作用，考察了木質(zhì)纖維瘤胃降解過程及pH的影響，建立了描述木質(zhì)纖維瘤胃降解過程和pH抑制的數(shù)學(xué)模型；響應(yīng)曲面優(yōu)化得到微波預(yù)處理的優(yōu)化條件為：