基于厌氧消化1号模型的升流式厌氧污泥床及酚类物质降解的模拟

【摘要】厌氧发酵是一种处理有机废弃物的高效生物处理技术。对于厌氧消化数学模型的探索一直是学者们研究的热点和重点。2002年,国际水协在综合前人研究成果的基础上,发布了厌氧消化1号模型(ADM1)。近年来,此模型在模拟实验室规模和中试规模、实际污水处理厂规模、中温和高温、产氢和产甲烷、藻类及微生物等厌氧发酵过程中的应用充分证明了其普适性。但厌氧消化1号模型仍然有诸多缺陷,如未包含硝酸盐还原、未包含硫化物的降解、只适用于连续搅拌反应器、只包含蛋白质脂类糖类易降解物质的降解等。本研究在原始ADM1基础上,通过引入厌氧升流式反应器的水动力学及难降解的酚类物质,拓展了ADM1的适用范围：1.通过将UASB反应器看作几个等体积的CSTR反应器串联,可以很好的模拟UASB反应器出水口处示踪剂的浓度变化曲线,但模拟曲线比实验数据更快降为零。串联CSTR模型结合生化动力学后,对于负荷冲击的实验的模拟效果也非常良好。但需要在串联CSTR间,额外加入污泥停留时间,否则微生物量将由于水力停留时间过短而过早流出反应器,导致此模型后续模拟不能进行。2.运用对流扩散模型可以模拟UASB反应器不同高度处的示踪剂浓度变化曲线。将生化动力学加入到对流扩散模型后,两次负荷冲击实验分别用于校正及验证以ADM1为基础的对流扩散模型,模拟效果均非常吻合。在冲击实验中,丙酸的累积大大高于乙酸的累积,此模型不仅能给出不同高度处丙酸的累积情况,而且清晰的显示了反应器底部的丙酸累积高于上部的丙酸累积。模拟结果证明,将水动力学引入原始ADM1模型,可以很好的用于对UASB反应器的模拟。但同时,此模型由于计算量大,将需要较长时间得到运算结果。3.将难降解底物苯酚引入ADM1,其厌氧消化过程简化为苯酚直接降解为乙酸及氢气,降解动力学修正为引入自抑制参数的Monod动力学。易降解底物葡萄糖对苯酚厌氧消化的促进作用,通过引入参数K来表示。通过苯酚与葡萄糖的共代谢、苯酚作为唯一碳源的降解两组实验验证模型的合理性,模拟结果表明用这种方法来表示两者之间的共代谢是可行的。4.将难降解底物间甲酚、苯酚同时引入ADM1,间甲酚厌氧消化过程简化为经4-氢基-2-甲基苯酸降解为乙酸及氢气,降解动力学修正为引入自抑制参数的Monod动力学,同时由于苯酚与间甲酚之间的共代谢作用,还引入相互抑制参数。易降解底物葡萄糖对间甲酚、苯酚的厌氧消化促进作用,同样通过引入参数K来表示。所建立的模型通过酚类物质与葡萄糖共代谢实验、酚类物质间的共代谢实验两个实例进行了验证,模拟结果表明用这种方法来表示酚类物质间的共代谢及酚类物质与葡萄糖的共代谢是可行的。
【作者】何佳；
【导师】曾建雄；
【作者基本信息】中国科学技术大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】厌氧消化模型；水动力学；生化动力学；酚类物质；共代谢模型；

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