外源氢间歇强化厌氧产甲烷模拟研究

发布时间：2017-07-30 09:18

  本文关键词：外源氢间歇强化厌氧产甲烷模拟研究

  更多相关文章： 厌氧消化1号数学模型(ADM1) 剩余污泥 外源H_2 甲烷 同型产乙酸 数学模拟

【摘要】：污水处理厂 碳中和‖运行是未来污水处理的一个重要方向,而剩余污泥厌氧消化则是实现污水有机能源回收最为直接的方式。外源二氧化碳(CO2)、氢(H_2)介入厌氧消化具有刺激甲烷(CH_4)产量的作用,厌氧模型辅助实验研究则可以做到事半功倍。课题基于厌氧消化数学模型(ADM1),建立包含同型产乙酸过程在内的拓展模型,通过实验与模拟研究外源H_2介入厌氧消化系统的甲烷增量工况,评估采用外源H_2厌氧消化提高CH_4产量的可行性。厌氧消化系统中CH_4产量随外源H_2投加量增加而增加,但H_2投加至一定量后,CH_4增量变得十分有限;实验确定外源H_2最佳投加量范围在0~0.33 bar(0~100 ml)。对单周期反应器内气相组分连续监测发现,在起始阶段不同H_2投加量产生的差别并不明显,只是到周期末才显现出不同的CH_4增量作用。间歇反应周期开始时,H_2分压对微生物具有抑制作用,造成污泥有机物转化效率低下;随着H_2逐渐转化至CH_4,H_2抑制解除,显示出不同H_2投加量导致不同CH_4增量。拓展ADM1模型被用于模拟实验数据,4种实验情况下(H_2分压分别为:0、0.17、0.33和0.5 bar)模拟预测与实验结果均取得较好的拟合度。当无外源H_2投加时,模拟CH_4产量值与实测值误差最大为9.09%,H_2分压为0.5 bar时误差最小,仅为1.50%。外源H_2投加量过大时,呈现出CH_4增量有限,存在能量浪费现象。表面看,这是因为过多H_2抑制了底物有效降解,但实验和模拟结果双双显示,CH_4产量仍有进一步提升的空间;可以通过延长单周期时长(增加SRT)的方法实现底物充分降解,以获得最佳CH_4增产效果。这就是说,外源H_2最佳投加量范围与SRT及其反应系统运行方式存在直接关联。
【关键词】：厌氧消化1号数学模型(ADM1) 剩余污泥 外源H_2 甲烷 同型产乙酸 数学模拟
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TQ221.11
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-15
• 1.1 课题研究背景7-10
• 1.1.1 可持续污水处理7
• 1.1.2 NEWs框架7-9
• 1.1.3“碳中和”在污水处理运行中的实现9-10
• 1.2 厌氧消化在污水处理中的应用10-13
• 1.2.1 厌氧消化工艺11
• 1.2.2 厌氧消化工艺的不足之处11-12
• 1.2.3 外源H_2提高沼气中CH_4含量12-13
• 1.3 厌氧消化数学模型13
• 1.4 研究目的及意义13-14
• 1.5 论文梗概14-15
• 第2章 厌氧消化数学模拟技术发展历程与应用现状15-30
• 2.1 厌氧消化数学模型发展历程15-16
• 2.2 ADM1研究进展16-22
• 2.2.1 硫酸盐还原拓展16-17
• 2.2.2 硝酸盐还原拓展17-18
• 2.2.3 物化过程完善18-19
• 2.2.4 磷迁移拓展19-21
• 2.2.5 糖发酵产物拓展21-22
• 2.2.6 其它方面进展22
• 2.3 ADM1应用现状22-26
• 2.3.1 具体应用22-23
• 2.3.2 用于不同底物消化23
• 2.3.3 与其它模型结合23-24
• 2.3.4 分布参数模型24-25
• 2.3.5 实际工程应用25-26
• 2.4 ADM1存在的缺陷26-28
• 2.4.1 底物分类26-27
• 2.4.2 参数估计27
• 2.4.3 模型结构与基础27-28
• 2.5 模型发展方向28
• 2.5.1 模型拓展研究28
• 2.5.2 底物分类方法28
• 2.5.3 综合污水处理厂模型28
• 2.6 小结28-30
• 第3章 包含同型产乙酸过程的ADM1拓展模型建立30-41
• 3.1 命名法及单位30
• 3.2 生化过程30-34
• 3.2.1 生化过程结构30-34
• 3.2.2 抑制34
• 3.3 物化过程34-36
• 3.3.1 液—液过程35
• 3.3.2 液—气过程35-36
• 3.3.3 温度影响36
• 3.4 同型产乙酸过程拓展36-37
• 3.5 参数值选取37-41
• 第4章 实验材料与方法41-45
• 4.1 实验概述41
• 4.2 常规指标测定41-43
• 4.3 接种污泥特征及小试底物污泥特征43-45
• 4.3.1 接种污泥43-44
• 4.3.2 小试所用底物污泥44-45
• 第5章 最佳摇床转速与污泥可降解度确定45-48
• 5.1 最佳摇床转速的确定45-46
• 5.2 污泥可降解度确定46-48
• 第6章 外源氢间歇强化厌氧产甲烷实验48-56
• 6.1 实验介绍48-49
• 6.2 实验方案49-50
• 6.3 实验结果分析及讨论50-55
• 6.4 本章小结55-56
• 第7章 模拟研究56-63
• 7.1 污泥指标特征化56-57
• 7.2 模拟方法57
• 7.3 模拟结果57-60
• 7.4 结果分析60-62
• 7.5 本章小结62-63
• 第8章 结论及建议63-64
• 8.1 结论63
• 8.2 建议63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-71

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