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有机废弃物的资源化与厌氧发酵模型研究

作　者: 孙静娴
导　师: 褚春凤
学　校: 上海交通大学
专　业: 环境工程
关键词: 有机废弃物资源化厌氧消化模型小球藻牛粪
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

有机废弃物的资源化(生物制氢、生物产沼气)研究意义重大,本课题结合“十一五”国家科技支撑计划重大项目之子课题:厌氧消化数学模型及自动控制系统研究,以小球藻、牛粪等为研究对象,分别研究了小球藻与厌氧消化污泥的厌氧混合发酵产氢的批式实验与牛粪厌氧自发酵产甲烷的小试实验,并在此基础上进行厌氧消化模型(ADM1)的探索,寻找限制因子并调整参数,目的在于针对不同有机废弃物与发酵类型构建并优化相应的厌氧发酵模型,为数学模型的参数校正和对模型的验证提供基础数据。小球藻厌氧产氢批式实验采用血清瓶作为反应容器,选取六组不同的接种比(ISR=0.3、0.5、0.8、1、2、3),对产气量、氢气产率、挥发性脂肪酸(VFAs)和还原型辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)进行监测,并评估ISR、VFAs和NADH对于小球藻中温发酵产氢的影响。结果表明产氢量随着接种比的增加而增加,且在接种比为0.3时获得最大产氢率与氢气浓度,分别为7.13mL/gVS和45.3%;VFAs同产氢量正相关且NADH与日产氢量负相关。牛粪厌氧产甲烷实验中,采用连续搅拌式反应器(CSTR),选取文献报道的最佳固体含量(TS=12%)与最佳水力停留时间(HRT=20天),进行厌氧发酵,监测各类厌氧发酵指标,如产气量、pH、溶解性化学需氧量(SCOD)、氨氮、挥发性有机酸,甲烷产率等,并考察了发酵系统的稳定性。结果表明发酵过程中未受到氨氮抑制,且平均甲烷产率与平均甲烷浓度分别为117.8mL/gVS与59.3%。在实验与模型研究的基础上,选取一组实验数据进行ADM1模型研究,利用AQUASIM软件,通过模拟、灵敏度分析、参数估计等步骤进行模型的实现,并选择另一组数据进行模型的验证。在小球藻厌氧产氢批式实验的模型建立过程中,发现脂类对长链脂肪酸的产率、糖与氨基酸对相应产物的产率、糖与氨基酸的吸收速率和饱和速率为小球藻厌氧产氢批式过程的限制因子,调整参数后可较好地对本实验条件下小球藻厌氧产氢过程进行预测。基于对批式产氢模型建立过程的理解,探索了以牛粪CSTR自发酵产甲烷的模型建立方法。

有机废弃物的资源化与厌氧发酵模型研究

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