本文通過對秸稈和牛糞為主要原料的厭氧發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行研究,利用Logistic函數(shù)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并驗(yàn)證其適用性,得出典型發(fā)酵曲線。根據(jù)發(fā)酵規(guī)律和數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果拓展成發(fā)酵預(yù)測區(qū)間。比較實(shí)時(shí)發(fā)酵數(shù)據(jù)與典型發(fā)酵曲線和預(yù)測區(qū)間的關(guān)系,驗(yàn)證預(yù)測區(qū)間的有效性。 

【文章來源】：廣東化工. 2018,45(02)

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

厭氧發(fā)酵的累計(jì)產(chǎn)氣量Fig.1CumulativeGasProductionofDigestionSamples

為d(天)，在厭氧發(fā)酵體系中可以用“半衰期”的概念來描述。x0的2倍就相當(dāng)于完成厭氧發(fā)酵所需的時(shí)間；p為沼氣發(fā)酵速率，無量綱量。由圖2a，2b和2c可以看出，采用Logistic函數(shù)擬合不同的厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，雖然擬合度都超過0.98，但式中各參數(shù)A1，A2，x0和p的值差異較大，具體的曲線難以實(shí)用。因此，有必要找出發(fā)酵過程相應(yīng)于參數(shù)A1，A2，x0和p的共性規(guī)律。第二步，采用origin將圖2a、b、c的3條曲線做concatenatefit重新擬合，找出兼顧三個發(fā)酵過程的最滿意Logistic函數(shù)式。最終的擬合方案見圖3。concatenatefit后的函數(shù)關(guān)系為7(14193377)()3377(1())27fxx(2)圖3三個不同發(fā)酵過程的concatenate擬合Fig.3ConcatenateFittingof3DifferentDigestionProcesses由于concatenatefit是采用多組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，對應(yīng)的厭氧發(fā)酵過程雖然具有相同的發(fā)酵基質(zhì)含固率，但是從發(fā)酵基質(zhì)到發(fā)酵環(huán)境都存在差異性因素，故而concatenatefit得到的Logistic函數(shù)所以擬合度較低，僅為R2=0.55。根據(jù)厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知典型的發(fā)酵啟動的時(shí)間大約為15~20d，初始產(chǎn)氣量約為1000mL，累計(jì)產(chǎn)氣量約3500mL。同時(shí)，參考concatenatefit得到的函數(shù)式(2)，對Logistic函數(shù)模型進(jìn)行修正，將Logistic函數(shù)式賦值得到常規(guī)發(fā)酵水平的發(fā)酵函數(shù)7(10003500)()3500+(1+())20fxx(3)典型發(fā)酵曲線如圖4所示。在規(guī)�；陌l(fā)酵過程中，該函數(shù)可用來表現(xiàn)厭氧發(fā)酵中正常的發(fā)酵趨勢。圖4典型發(fā)酵曲線Fig.4TypicalBiogasProductionofAnaerobicDigestion3厭氧發(fā)酵預(yù)測區(qū)間的構(gòu)建及驗(yàn)證3.1預(yù)測區(qū)間的構(gòu)建厭氧發(fā)酵是涉及多因素、多菌群和不同反應(yīng)階段的生物化學(xué)過程。厭氧發(fā)酵中生物質(zhì)降解和甲烷生成的過程都與產(chǎn)甲烷

由于concatenatefit是采用多組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，對應(yīng)的厭氧發(fā)酵過程雖然具有相同的發(fā)酵基質(zhì)含固率，但是從發(fā)酵基質(zhì)到發(fā)酵環(huán)境都存在差異性因素，故而concatenatefit得到的Logistic函數(shù)所以擬合度較低，僅為R2=0.55。根據(jù)厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知典型的發(fā)酵啟動的時(shí)間大約為15~20d，初始產(chǎn)氣量約為1000mL，累計(jì)產(chǎn)氣量約3500mL。同時(shí)，參考concatenatefit得到的函數(shù)式(2)，對Logistic函數(shù)模型進(jìn)行修正，將Logistic函數(shù)式賦值得到常規(guī)發(fā)酵水平的發(fā)酵函數(shù)7(10003500)()3500+(1+())20fxx(3)典型發(fā)酵曲線如圖4所示。在規(guī)�；陌l(fā)酵過程中，該函數(shù)可用來表現(xiàn)厭氧發(fā)酵中正常的發(fā)酵趨勢。圖4典型發(fā)酵曲線Fig.4TypicalBiogasProductionofAnaerobicDigestion3厭氧發(fā)酵預(yù)測區(qū)間的構(gòu)建及驗(yàn)證3.1預(yù)測區(qū)間的構(gòu)建厭氧發(fā)酵是涉及多因素、多菌群和不同反應(yīng)階段的生物化學(xué)過程。厭氧發(fā)酵中生物質(zhì)降解和甲烷生成的過程都與產(chǎn)甲烷菌數(shù)量的增長密切相關(guān)。Logistic函數(shù)具有一些特征，初始階段近乎是指數(shù)增長，當(dāng)函數(shù)值增長到一半時(shí)，增速變緩，最終階段增速為零。受到環(huán)境因素的調(diào)控，厭氧發(fā)酵過程中沼氣的累積產(chǎn)氣量增長也呈現(xiàn)出與Logistic的“S”形函數(shù)相吻合的規(guī)律。本文將發(fā)酵實(shí)驗(yàn)規(guī)律與Logistic函數(shù)相結(jié)合，構(gòu)建與厭氧發(fā)酵過程相吻合的“發(fā)酵預(yù)測區(qū)間”。通過樣本估計(jì)了各參數(shù)A1、A2、x0和p的取值，可以看出累積產(chǎn)氣量f(x)與發(fā)酵天數(shù)x的關(guān)系在一定范圍內(nèi)變化。見圖5-a、圖5-b、圖5-c和圖5-d。圖5-a、圖5-b、圖5-c和圖5-d中的參照曲線采用圖3典型發(fā)酵曲線。從圖5可看出，Logistic函數(shù)關(guān)系并不能全面描述厭氧發(fā)酵的內(nèi)在機(jī)理。在圖5-d中，當(dāng)指數(shù)p設(shè)為3，函數(shù)關(guān)系調(diào)整為3(10003500)()3500(1())20fxx時(shí)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]牛糞與水稻秸稈混合厭氧發(fā)酵工藝優(yōu)化及動力學(xué)研究[J]. 聶冬,金明姬,劉永,嚴(yán)昌國.  浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào). 2016(08)
[2]城市垃圾處理 我們必須科學(xué)對待的話題[J]. 王雷,徐海云,趙章元,聶永豐.  城鄉(xiāng)建設(shè). 2010(04)

碩士論文
[1]厭氧消化數(shù)學(xué)模型研究與應(yīng)用[D]. 吳正高.北京交通大學(xué) 2007



本文編號：3068012