基于厭氧消化1號模型的升流式厭氧污泥床及酚類物質(zhì)降解的模擬.pdf

1、厭氧發(fā)酵是一種處理有機(jī)廢棄物的高效生物處理技術(shù)。對于厭氧消化數(shù)學(xué)模型的探索一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。2002年，國際水協(xié)在綜合前人研究成果的基礎(chǔ)上，發(fā)布了厭氧消化1號模型(ADM1)。近年來，此模型在模擬實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和中試規(guī)模、實(shí)際污水處理廠規(guī)模、中溫和高溫、產(chǎn)氫和產(chǎn)甲烷、藻類及微生物等厭氧發(fā)酵過程中的應(yīng)用充分證明了其普適性。但厭氧消化1號模型仍然有諸多缺陷，如未包含硝酸鹽還原、未包含硫化物的降解、只適用于連續(xù)攪拌反應(yīng)器、只包含蛋白質(zhì)

2、脂類糖類易降解物質(zhì)的降解等。本研究在原始ADM1基礎(chǔ)上，通過引入?yún)捬跎魇椒磻?yīng)器的水動力學(xué)及難降解的酚類物質(zhì)，拓展了ADM1的適用范圍:
　　1.通過將UASB反應(yīng)器看作幾個等體積的CSTR反應(yīng)器串聯(lián)，可以很好的模擬UASB反應(yīng)器出水口處示蹤劑的濃度變化曲線，但模擬曲線比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更快降為零。串聯(lián)CSTR模型結(jié)合生化動力學(xué)后，對于負(fù)荷沖擊的實(shí)驗(yàn)的模擬效果也非常良好。但需要在串聯(lián)CSTR間，額外加入污泥停留時間，否則微生物量將由于水力

3、停留時間過短而過早流出反應(yīng)器，導(dǎo)致此模型后續(xù)模擬不能進(jìn)行。
　　2.運(yùn)用對流擴(kuò)散模型可以模擬UASB反應(yīng)器不同高度處的示蹤劑濃度變化曲線。將生化動力學(xué)加入到對流擴(kuò)散模型后，兩次負(fù)荷沖擊實(shí)驗(yàn)分別用于校正及驗(yàn)證以ADM1為基礎(chǔ)的對流擴(kuò)散模型，模擬效果均非常吻合。在沖擊實(shí)驗(yàn)中，丙酸的累積大大高于乙酸的累積，此模型不僅能給出不同高度處丙酸的累積情況，而且清晰的顯示了反應(yīng)器底部的丙酸累積高于上部的丙酸累積。模擬結(jié)果證明，將水動力學(xué)引入原始A

4、DM1模型，可以很好的用于對UASB反應(yīng)器的模擬。但同時，此模型由于計(jì)算量大，將需要較長時間得到運(yùn)算結(jié)果。
　　3.將難降解底物苯酚引入ADM1，其厭氧消化過程簡化為苯酚直接降解為乙酸及氫氣，降解動力學(xué)修正為引入自抑制參數(shù)的Monod動力學(xué)。易降解底物葡萄糖對苯酚厭氧消化的促進(jìn)作用，通過引入?yún)?shù)K來表示。通過苯酚與葡萄糖的共代謝、苯酚作為唯一碳源的降解兩組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的合理性，模擬結(jié)果表明用這種方法來表示兩者之間的共代謝是可行的。

5、
　　4.將難降解底物間甲酚、苯酚同時引入ADM1，間甲酚厭氧消化過程簡化為經(jīng)4-氫基-2-甲基苯酸降解為乙酸及氫氣，降解動力學(xué)修正為引入自抑制參數(shù)的Monod動力學(xué)，同時由于苯酚與間甲酚之間的共代謝作用，還引入相互抑制參數(shù)。易降解底物葡萄糖對間甲酚、苯酚的厭氧消化促進(jìn)作用，同樣通過引入?yún)?shù)K來表示。所建立的模型通過酚類物質(zhì)與葡萄糖共代謝實(shí)驗(yàn)、酚類物質(zhì)間的共代謝實(shí)驗(yàn)兩個實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，模擬結(jié)果表明用這種方法來表示酚類物質(zhì)間的共代謝