论文部分内容阅读
厌氧消化系统受外界环境条件变化和系统内产物抑制等引起的系统不稳定,严重制约了厌氧消化技术的推广应用。而开发可靠的厌氧消化数学模型和稳定性评价指标体系,有利于缩短系统启动周期,提高系统运行稳定性,克服厌氧消化技术推广与应用的瓶颈。论文基于前期开发的葡萄糖厌氧消化系统动力学模型,完善颗粒有机物分解与水解、氨基酸和长链脂肪酸酸化过程、硫酸盐还原过程以及硫化氢抑制关系,构建厌氧消化系统模型（Anaerobic Digestion System Model,ADSM）,更为全面体现厌氧消化所涉及的过程,模型模拟结果更能反应反应器的实际运行状态,模拟精度更高。主要研究内容与研究成果如下:基于前期开发的葡萄糖厌氧消化系统动力学模型,完善颗粒有机物分解与水解、氨基酸和长链脂肪酸酸化过程、硫酸盐还原过程以及硫化氢抑制关系,构建ADSM模型的生化速率速率矩阵,涵盖27组分,20个生化子过程。并以CODCr、C和N的平衡计算了速率矩阵中的化学计量系数,ffa,li=0.95,fvfas,su=0.40190,fvfas,aa=0.54,fac,su=0.40755,fac,aa=0.40,fh2,su=0.19055,fh2,aa=0.06,fac,vfas=0.78,fh2,vfas=0.22,fac,fa=0.7,fh2,fa=0.3,平衡计算的精度高达10-17。并以速率矩阵为基础,利用Stella软件构建ADSM模型。基于前期开发的厌氧消化系统敏感动力学参数自调节程序,以参数敏感指数和目标值的偏差率为基础优化敏感性动力学参数的调节模式,使得自调节程序更为快捷与稳定。并利用ADSM模型对中温实验室厌氧反应器进行动态模拟,且与ADM1的模拟结果进行比较。结果表明,ADSM和ADM1都能很好的预测反应器的出水CODCr、VFA、pH、Al K、沼气产量和CH4%,其中ADSM模拟结果的R2（rAE）分别为88.6%（32.3%）,94.14%（25.19%）,99.98%（0.73%）,98.8%（8.2%）,97.32%（12.7%）和99.51%（5.4%）,而ADM1模拟结果的R2（rAE）分别为84.9%（25.0%）,80.3%（31.2%）,97.96%（14.8%）,95.90%（17.6%）和98.8%（10.1%）。显然,ADSM不仅能够较好的模拟反应器的运行状态,且模拟结果的相关性及拟合优度更优于ADM1。利用ADSM动态模拟实验与文献分析,以抑制机理为基础,构建厌氧消化系统稳定性评价指标体系,包含定性评价方法和定量评价方法,并以此评定影响稳定性因素动态模拟实验的反应器状态,结果表明,评价指标体系的判断结果与反应器实际运行状态相吻合,可以作为厌氧消化稳定性的判断依据。ADSM模型对工程规模中温内循环厌氧反应器进行动态模拟和稳定性评价的研究结果表明,ADSM能较好的模拟与预测该工程规模内循环厌氧反应器的出水COD、VFA、碱度、系统内部的pH值、和沼气产量,其中,出水COD的相关系数R2为89.3%,rAE为13.2%;出水VFA的R2为83.3%,rAE为15.7%;出水碱度R2为95.1%,rAE值约14.3%;出水pH的R2达97.8%,rAE仅为1.5%。利用5.3节构建的厌氧消化系统稳定性评价体系,对工程反应器在COD负荷分别为42.59kg/m3.d、38.55kg/m3.d和46.46kg/m3.d条件下的稳定性进行评价,结果表明,三种负荷运行下的反应器仍处于稳定状态,其中COD负荷在38.55kg/m3.d条件下的稳定性要高于42.59kg/m3.d和46.46kg/m3.d。ADSM模型和厌氧消化系统稳定性评价指标体系的构建,有助于厌氧消化系统的工艺设计与优化和运行管理的优化与控制,为厌氧消化系统智能控制信息化平台建设奠定基础,进而可缩短厌氧消化系统的启动周期,提高厌氧消化系统的稳定性,克服厌氧消化系统推广与应用的瓶颈,促进厌氧消化技术在有机废弃物污染治理和资源化领域的应用。