厌氧发酵过程的Logistic模拟与预测
发布时间：2021-03-06 23:26
本文通过对秸秆和牛粪为主要原料的厌氧发酵系统进行研究,利用Logistic函数拟合实验数据,并验证其适用性,得出典型发酵曲线。根据发酵规律和数理统计结果拓展成发酵预测区间。比较实时发酵数据与典型发酵曲线和预测区间的关系,验证预测区间的有效性。
【文章来源】：广东化工. 2018,45(02)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
厌氧发酵的累计产气量Fig.1CumulativeGasProductionofDigestionSamples
为d(天)，在厌氧发酵体系中可以用“半衰期”的概念来描述。x0的2倍就相当于完成厌氧发酵所需的时间；p为沼气发酵速率，无量纲量。由图2a，2b和2c可以看出，采用Logistic函数拟合不同的厌氧发酵实验数据，虽然拟合度都超过0.98，但式中各参数A1，A2，x0和p的值差异较大，具体的曲线难以实用。因此，有必要找出发酵过程相应于参数A1，A2，x0和p的共性规律。第二步，采用origin将图2a、b、c的3条曲线做concatenatefit重新拟合，找出兼顾三个发酵过程的最满意Logistic函数式。最终的拟合方案见图3。concatenatefit后的函数关系为7(14193377)()3377(1())27fxx(2)图3三个不同发酵过程的concatenate拟合Fig.3ConcatenateFittingof3DifferentDigestionProcesses由于concatenatefit是采用多组数据进行拟合，对应的厌氧发酵过程虽然具有相同的发酵基质含固率，但是从发酵基质到发酵环境都存在差异性因素，故而concatenatefit得到的Logistic函数所以拟合度较低，仅为R2=0.55。根据厌氧发酵实验数据，可知典型的发酵启动的时间大约为15~20d，初始产气量约为1000mL，累计产气量约3500mL。同时，参考concatenatefit得到的函数式(2)，对Logistic函数模型进行修正，将Logistic函数式赋值得到常规发酵水平的发酵函数7(10003500)()3500+(1+())20fxx(3)典型发酵曲线如图4所示。在规模化的发酵过程中，该函数可用来表现厌氧发酵中正常的发酵趋势。图4典型发酵曲线Fig.4TypicalBiogasProductionofAnaerobicDigestion3厌氧发酵预测区间的构建及验证3.1预测区间的构建厌氧发酵是涉及多因素、多菌群和不同反应阶段的生物化学过程。厌氧发酵中生物质降解和甲烷生成的过程都与产甲烷
由于concatenatefit是采用多组数据进行拟合，对应的厌氧发酵过程虽然具有相同的发酵基质含固率，但是从发酵基质到发酵环境都存在差异性因素，故而concatenatefit得到的Logistic函数所以拟合度较低，仅为R2=0.55。根据厌氧发酵实验数据，可知典型的发酵启动的时间大约为15~20d，初始产气量约为1000mL，累计产气量约3500mL。同时，参考concatenatefit得到的函数式(2)，对Logistic函数模型进行修正，将Logistic函数式赋值得到常规发酵水平的发酵函数7(10003500)()3500+(1+())20fxx(3)典型发酵曲线如图4所示。在规模化的发酵过程中，该函数可用来表现厌氧发酵中正常的发酵趋势。图4典型发酵曲线Fig.4TypicalBiogasProductionofAnaerobicDigestion3厌氧发酵预测区间的构建及验证3.1预测区间的构建厌氧发酵是涉及多因素、多菌群和不同反应阶段的生物化学过程。厌氧发酵中生物质降解和甲烷生成的过程都与产甲烷菌数量的增长密切相关。Logistic函数具有一些特征，初始阶段近乎是指数增长，当函数值增长到一半时，增速变缓，最终阶段增速为零。受到环境因素的调控，厌氧发酵过程中沼气的累积产气量增长也呈现出与Logistic的“S”形函数相吻合的规律。本文将发酵实验规律与Logistic函数相结合，构建与厌氧发酵过程相吻合的“发酵预测区间”。通过样本估计了各参数A1、A2、x0和p的取值，可以看出累积产气量f(x)与发酵天数x的关系在一定范围内变化。见图5-a、图5-b、图5-c和图5-d。图5-a、图5-b、图5-c和图5-d中的参照曲线采用图3典型发酵曲线。从图5可看出，Logistic函数关系并不能全面描述厌氧发酵的内在机理。在图5-d中，当指数p设为3，函数关系调整为3(10003500)()3500(1())20fxx时?
【参考文献】：
期刊论文
[1]牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵工艺优化及动力学研究[J]. 聂冬,金明姬,刘永,严昌国. 浙江农业学报. 2016(08)
[2]城市垃圾处理 我们必须科学对待的话题[J]. 王雷,徐海云,赵章元,聂永丰. 城乡建设. 2010(04)
硕士论文
[1]厌氧消化数学模型研究与应用[D]. 吴正高.北京交通大学 2007
本文编号：3068012
【文章来源】：广东化工. 2018,45(02)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
厌氧发酵的累计产气量Fig.1CumulativeGasProductionofDigestionSamples
为d(天)，在厌氧发酵体系中可以用“半衰期”的概念来描述。x0的2倍就相当于完成厌氧发酵所需的时间；p为沼气发酵速率，无量纲量。由图2a，2b和2c可以看出，采用Logistic函数拟合不同的厌氧发酵实验数据，虽然拟合度都超过0.98，但式中各参数A1，A2，x0和p的值差异较大，具体的曲线难以实用。因此，有必要找出发酵过程相应于参数A1，A2，x0和p的共性规律。第二步，采用origin将图2a、b、c的3条曲线做concatenatefit重新拟合，找出兼顾三个发酵过程的最满意Logistic函数式。最终的拟合方案见图3。concatenatefit后的函数关系为7(14193377)()3377(1())27fxx(2)图3三个不同发酵过程的concatenate拟合Fig.3ConcatenateFittingof3DifferentDigestionProcesses由于concatenatefit是采用多组数据进行拟合，对应的厌氧发酵过程虽然具有相同的发酵基质含固率，但是从发酵基质到发酵环境都存在差异性因素，故而concatenatefit得到的Logistic函数所以拟合度较低，仅为R2=0.55。根据厌氧发酵实验数据，可知典型的发酵启动的时间大约为15~20d，初始产气量约为1000mL，累计产气量约3500mL。同时，参考concatenatefit得到的函数式(2)，对Logistic函数模型进行修正，将Logistic函数式赋值得到常规发酵水平的发酵函数7(10003500)()3500+(1+())20fxx(3)典型发酵曲线如图4所示。在规模化的发酵过程中，该函数可用来表现厌氧发酵中正常的发酵趋势。图4典型发酵曲线Fig.4TypicalBiogasProductionofAnaerobicDigestion3厌氧发酵预测区间的构建及验证3.1预测区间的构建厌氧发酵是涉及多因素、多菌群和不同反应阶段的生物化学过程。厌氧发酵中生物质降解和甲烷生成的过程都与产甲烷
由于concatenatefit是采用多组数据进行拟合，对应的厌氧发酵过程虽然具有相同的发酵基质含固率，但是从发酵基质到发酵环境都存在差异性因素，故而concatenatefit得到的Logistic函数所以拟合度较低，仅为R2=0.55。根据厌氧发酵实验数据，可知典型的发酵启动的时间大约为15~20d，初始产气量约为1000mL，累计产气量约3500mL。同时，参考concatenatefit得到的函数式(2)，对Logistic函数模型进行修正，将Logistic函数式赋值得到常规发酵水平的发酵函数7(10003500)()3500+(1+())20fxx(3)典型发酵曲线如图4所示。在规模化的发酵过程中，该函数可用来表现厌氧发酵中正常的发酵趋势。图4典型发酵曲线Fig.4TypicalBiogasProductionofAnaerobicDigestion3厌氧发酵预测区间的构建及验证3.1预测区间的构建厌氧发酵是涉及多因素、多菌群和不同反应阶段的生物化学过程。厌氧发酵中生物质降解和甲烷生成的过程都与产甲烷菌数量的增长密切相关。Logistic函数具有一些特征，初始阶段近乎是指数增长，当函数值增长到一半时，增速变缓，最终阶段增速为零。受到环境因素的调控，厌氧发酵过程中沼气的累积产气量增长也呈现出与Logistic的“S”形函数相吻合的规律。本文将发酵实验规律与Logistic函数相结合，构建与厌氧发酵过程相吻合的“发酵预测区间”。通过样本估计了各参数A1、A2、x0和p的取值，可以看出累积产气量f(x)与发酵天数x的关系在一定范围内变化。见图5-a、图5-b、图5-c和图5-d。图5-a、图5-b、图5-c和图5-d中的参照曲线采用图3典型发酵曲线。从图5可看出，Logistic函数关系并不能全面描述厌氧发酵的内在机理。在图5-d中，当指数p设为3，函数关系调整为3(10003500)()3500(1())20fxx时?
【参考文献】：
期刊论文
[1]牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵工艺优化及动力学研究[J]. 聂冬,金明姬,刘永,严昌国. 浙江农业学报. 2016(08)
[2]城市垃圾处理 我们必须科学对待的话题[J]. 王雷,徐海云,赵章元,聂永丰. 城乡建设. 2010(04)
硕士论文
[1]厌氧消化数学模型研究与应用[D]. 吴正高.北京交通大学 2007
本文编号：3068012
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3068012.html
