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炼油废水(ORWW)作为工业废水重要的一部分,其中含有不同的石油烃、水、重金属、盐类和固体颗粒。虽然人们研究了不同的有效方法来处理ORWW,然而近年来,厌氧发酵和生物降解作为一种可靠和自然的处理方法已成为人们关注的焦点。联合厌氧发酵(AcoD)是一种利用不同物质混合发酵来改善厌氧发酵过程的技术。本研究应用3种有机物质包括餐厨垃圾(FW)、鸡粪(CM)和甘蔗渣(SCB)来改善ORWW厌氧发酵,并通过它们的联合发酵改善所选择的有机物质的厌氧发酵过程。为了研究ORWW与FW、CM和SCB的联合厌氧发酵,进行了 6个不同的实验,对其发酵过程参数沼气产量(BGP)、甲烷产量(BMP)、化学需氧量(CODs)去除效率和停留时间进行研究,主要研究结果总结如下:1.将6种不同配比的ORWW:FW混合物进行厌氧发酵。为了建立联合厌氧发酵累积BMP动力学模型,应用改进的Compertz模型、传递函数模型及Logistic模型等3个数学模型对其可靠性进行评估。结果表明:以1:1、2:1和4:1的比例混合可以维持微生物生长,并产生显著的BGP和BMP。在最短停留时间25天内,4:1联合厌氧发酵最高的BGP和BMP 值分别是(179.21±28.45)ml/g.vs 和(104.66±20.34)ml/g.vs。另外,相同的联合厌氧发酵处理可获得最高的COD去除率为75%±0.66%。实验模型显示:改进的Gompertz模型对不同比例混合的联合厌氧发酵实验数据具有较好的拟合性,而传递函数模型能更好拟合4:1联合厌氧发酵的实验数据。2.为了使ORWW联合厌氧发酵过程中能够为微生物和中间产物生长提供足够的营养,对与鸡粪混合的联合厌氧发酵进行了研究。在嗜温条件下进行批次式实验,研究了6种不同配比ORWW:M处理(5:0、4:1、3:2、2:3、1:4和0:5)。利用改进的Gompertz模型能够很好地拟合实验累积甲烷产量数据,在4:1比例下得到最高的COD去除率,在1:4比例下沼气产量和甲烷含量最高,而在3:2比例下处理的停留时间最短。考虑到混合物中炼油废水部分比例最高以及动力学参数的统计实验(LSD0.0s)结果,可以得出结论,以4:1比例混合是最佳的处理。3.为了研究预处理以及鸡粪与ORWW混合的联合厌氧发酵优化工艺条件,采用L9(34)正交实验方法,对沼气产量(BGP)、甲烷产量(BMP)、化学需氧量(COD)去除率进行评估,利用Design Expert(7.0.0版)软件得到了最佳条件。结果表明:44%ORWW、36℃温度、超声处理15 min及6%总干物质(TS)可获得最佳工艺条件,其BGP、BMP 以及 COD 去除率分别为:294.76 mL/g-VS、151.95 mL/g-VS 和 70.22%。此外,还利用人工神经网络(ANN)技术建立了一个预测BGP产量和BMP含量的ANN模型,得到输入层-隐含层-输出层为9-19-2结构的神经网络模型。4.对6种不同组分、包括4种不同混合比和处理的ORWW:SCB进行了实验。在ORWW单一发酵情况下,其BGP产量几乎可以忽略不计,表明单一 ORWW不支持任何微生物的活性。增加厌氧发酵中SCB成分可以增加BGP和BMP。采用1:4组分的联合厌氧发酵可以在较短的停留时间内获得较高的BGP和BMP,通过联合厌氧发酵可以提高COD去除率和BMP含量。应用前述3种数学模型结果表明:在这种情况下改进的Gompertz模型最合适。同时,应用反向传播、径向基函数、广义回归3种不同的神经网络模型算法对BGP数据建模,结果表明:反向传播算法最适合BGP实验数据,其均方差MSE及决定系数R2分别为0.64和0.97。5.为了探讨联合厌氧发酵过程中不同ORWW与热化学处理SCB的优化工艺,基于L16(45)正交设计进行了 16组实验。通过对木质纤维素的分析证明,10%的H202在高压反应釜中处理60 min时,木质素去除率最高。最佳条件包括30%ORWW,经过5 min辐射及5%H2O2浓度预处理,将SCB在高压反应釜中处理30min及0%H2O2处理。实验证明:在最佳条件下BGP、BMP和COD去除率分别为481.53 mL/g·VS、280.79 mL/g·VS和49.65%。此外,还建立了一个5-5-2结构的ANN模型预测BGP产量及BMP含量。6.根据批次式实验的结果,将ORWW-FW混合进行联合厌氧发酵。在不同混合比、水力停留时间(HRT)和超声处理时间条件下,按照L9(34)正交设计进行了 9组不同的半连续式实验。响应面分析结果表明,其最佳工艺条件为:ORWW含量80%、HRT12天、将ORWW和FW进行15 min超声波预处理。此时,BGP、BMP产量及挥发性固体(VS)去除率分别为684.66 mL/g·VS、352.79 mL/g·VS及3.38%。应用11-15-2结构的人工神经网络预测BGP及BMP产量,其最优验证性能(Validation Performance)及相关系数R分别为 5843.90 和 0.97。综上所述,本研究通过实验进一步表明:利用工业炼油废水ORWW与有机废弃物进行联合厌氧发酵,可以发挥其相互协同作用。例如:作为养分库改善微生物活性,减弱发酵过程的抑制因素等。