本文關(guān)鍵詞：外源氫間歇強(qiáng)化厭氧產(chǎn)甲烷模擬研究

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【摘要】：污水處理廠 碳中和‖運(yùn)行是未來污水處理的一個重要方向,而剩余污泥厭氧消化則是實現(xiàn)污水有機(jī)能源回收最為直接的方式。外源二氧化碳(CO2)、氫(H_2)介入?yún)捬跸哂写碳ぜ淄?CH_4)產(chǎn)量的作用,厭氧模型輔助實驗研究則可以做到事半功倍。課題基于厭氧消化數(shù)學(xué)模型(ADM1),建立包含同型產(chǎn)乙酸過程在內(nèi)的拓展模型,通過實驗與模擬研究外源H_2介入?yún)捬跸到y(tǒng)的甲烷增量工況,評估采用外源H_2厭氧消化提高CH_4產(chǎn)量的可行性。厭氧消化系統(tǒng)中CH_4產(chǎn)量隨外源H_2投加量增加而增加,但H_2投加至一定量后,CH_4增量變得十分有限;實驗確定外源H_2最佳投加量范圍在0~0.33 bar(0~100 ml)。對單周期反應(yīng)器內(nèi)氣相組分連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn),在起始階段不同H_2投加量產(chǎn)生的差別并不明顯,只是到周期末才顯現(xiàn)出不同的CH_4增量作用。間歇反應(yīng)周期開始時,H_2分壓對微生物具有抑制作用,造成污泥有機(jī)物轉(zhuǎn)化效率低下;隨著H_2逐漸轉(zhuǎn)化至CH_4,H_2抑制解除,顯示出不同H_2投加量導(dǎo)致不同CH_4增量。拓展ADM1模型被用于模擬實驗數(shù)據(jù),4種實驗情況下(H_2分壓分別為:0、0.17、0.33和0.5 bar)模擬預(yù)測與實驗結(jié)果均取得較好的擬合度。當(dāng)無外源H_2投加時,模擬CH_4產(chǎn)量值與實測值誤差最大為9.09%,H_2分壓為0.5 bar時誤差最小,僅為1.50%。外源H_2投加量過大時,呈現(xiàn)出CH_4增量有限,存在能量浪費(fèi)現(xiàn)象。表面看,這是因為過多H_2抑制了底物有效降解,但實驗和模擬結(jié)果雙雙顯示,CH_4產(chǎn)量仍有進(jìn)一步提升的空間;可以通過延長單周期時長(增加SRT)的方法實現(xiàn)底物充分降解,以獲得最佳CH_4增產(chǎn)效果。這就是說,外源H_2最佳投加量范圍與SRT及其反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式存在直接關(guān)聯(lián)。
【關(guān)鍵詞】：厭氧消化1號數(shù)學(xué)模型(ADM1) 剩余污泥 外源H_2 甲烷 同型產(chǎn)乙酸 數(shù)學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703;TQ221.11
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 緒論7-15
• 1.1 課題研究背景7-10
• 1.1.1 可持續(xù)污水處理7
• 1.1.2 NEWs框架7-9
• 1.1.3“碳中和”在污水處理運(yùn)行中的實現(xiàn)9-10
• 1.2 厭氧消化在污水處理中的應(yīng)用10-13
• 1.2.1 厭氧消化工藝11
• 1.2.2 厭氧消化工藝的不足之處11-12
• 1.2.3 外源H_2提高沼氣中CH_4含量12-13
• 1.3 厭氧消化數(shù)學(xué)模型13
• 1.4 研究目的及意義13-14
• 1.5 論文梗概14-15
• 第2章 厭氧消化數(shù)學(xué)模擬技術(shù)發(fā)展歷程與應(yīng)用現(xiàn)狀15-30
• 2.1 厭氧消化數(shù)學(xué)模型發(fā)展歷程15-16
• 2.2 ADM1研究進(jìn)展16-22
• 2.2.1 硫酸鹽還原拓展16-17
• 2.2.2 硝酸鹽還原拓展17-18
• 2.2.3 物化過程完善18-19
• 2.2.4 磷遷移拓展19-21
• 2.2.5 糖發(fā)酵產(chǎn)物拓展21-22
• 2.2.6 其它方面進(jìn)展22
• 2.3 ADM1應(yīng)用現(xiàn)狀22-26
• 2.3.1 具體應(yīng)用22-23
• 2.3.2 用于不同底物消化23
• 2.3.3 與其它模型結(jié)合23-24
• 2.3.4 分布參數(shù)模型24-25
• 2.3.5 實際工程應(yīng)用25-26
• 2.4 ADM1存在的缺陷26-28
• 2.4.1 底物分類26-27
• 2.4.2 參數(shù)估計27
• 2.4.3 模型結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)27-28
• 2.5 模型發(fā)展方向28
• 2.5.1 模型拓展研究28
• 2.5.2 底物分類方法28
• 2.5.3 綜合污水處理廠模型28
• 2.6 小結(jié)28-30
• 第3章 包含同型產(chǎn)乙酸過程的ADM1拓展模型建立30-41
• 3.1 命名法及單位30
• 3.2 生化過程30-34
• 3.2.1 生化過程結(jié)構(gòu)30-34
• 3.2.2 抑制34
• 3.3 物化過程34-36
• 3.3.1 液—液過程35
• 3.3.2 液—?dú)膺^程35-36
• 3.3.3 溫度影響36
• 3.4 同型產(chǎn)乙酸過程拓展36-37
• 3.5 參數(shù)值選取37-41
• 第4章 實驗材料與方法41-45
• 4.1 實驗概述41
• 4.2 常規(guī)指標(biāo)測定41-43
• 4.3 接種污泥特征及小試底物污泥特征43-45
• 4.3.1 接種污泥43-44
• 4.3.2 小試所用底物污泥44-45
• 第5章 最佳搖床轉(zhuǎn)速與污泥可降解度確定45-48
• 5.1 最佳搖床轉(zhuǎn)速的確定45-46
• 5.2 污泥可降解度確定46-48
• 第6章 外源氫間歇強(qiáng)化厭氧產(chǎn)甲烷實驗48-56
• 6.1 實驗介紹48-49
• 6.2 實驗方案49-50
• 6.3 實驗結(jié)果分析及討論50-55
• 6.4 本章小結(jié)55-56
• 第7章 模擬研究56-63
• 7.1 污泥指標(biāo)特征化56-57
• 7.2 模擬方法57
• 7.3 模擬結(jié)果57-60
• 7.4 結(jié)果分析60-62
• 7.5 本章小結(jié)62-63
• 第8章 結(jié)論及建議63-64
• 8.1 結(jié)論63
• 8.2 建議63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71

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本文編號：593504