【摘要】：在厭氧生物過程的理論研究和實際應(yīng)用中,數(shù)學模型發(fā)揮著重要的作用。本論文以厭氧生物反應(yīng)器為研究對象,在實驗分析基礎(chǔ)上,對處理不同類型底物的厭氧反應(yīng)器工況進行了數(shù)學模擬,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,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)器啟動過程的數(shù)學模型。采用兩種不同厭氧反應(yīng)器啟動過程的實驗數(shù)據(jù)校正和驗證了所建模型,發(fā)現(xiàn)模型模擬值和實驗測量值吻合,驗證了所建立啟動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)器啟動成功的關(guān)鍵所在。 2.在綜合考慮UASB反應(yīng)體系生化動力學和水力學作用的基礎(chǔ)上,建立了描述UASB反應(yīng)器的數(shù)學模型。所建立的模型能很好地模擬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；有機負荷和軸向流速對UASB反應(yīng)器中的混合程度有著重要的影響,在高有機負荷和高軸向流速下,反應(yīng)器內(nèi)的混合程度較高,軸向擴散系數(shù)較小。 3.采用響應(yīng)曲面中心點設(shè)計法優(yōu)化了厭氧顆粒污泥制氫反應(yīng)器的操作條件。在優(yōu)化制氫條件為底物濃度16.3g／L和水力停留時間14.5 h時,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；實驗表明厭氧發(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間有關(guān)。 4.建立了描述木質(zhì)纖維瘤胃降解過程和pH抑制的數(shù)學模型。依據(jù)產(chǎn)物的產(chǎn)生將木質(zhì)纖維物質(zhì)中可生物降解組分劃分為難降解組分和易降解組分,木質(zhì)纖維素的瘤胃水解過程符合比表觀限制動力學方程：實驗發(fā)現(xiàn)各有機酸產(chǎn)率比和pH成線性關(guān)系,采用酶活有關(guān)的經(jīng)驗方程來描述pH對纖維素瘤胃水解酸化速率的影響；模型校正和驗證表明所建的木質(zhì)纖維瘤胃降解過程和pH抑制數(shù)學模型能很好地模擬不同操作條件下木質(zhì)纖維物質(zhì)的瘤胃厭氧降解。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2663414