外源氢强化厌氧消化产甲烷过程数学模拟研究

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1、分类号TU99学号1108140312004学位论文外源氢强化厌氧消化产甲烷过程数学模拟研究SimulationstudyonenhancingmethaneproductioninanaerobicdigestionbyexogenousH2stimulation刘高杰指导教师姓名郝晓地教授北京建筑大学申请学位级别硕士学位类别工学硕士专业名称市政工程年级2012论文答辩时间2015年6月学位授予单位和日期北京建筑大学2015年6月答辩委员会主席王洪臣论文评阅人李军、仇付国北京建筑大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：

2、所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含本人或他人为获得北京建筑大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签字：念、日期：>/i>年Z月乂日北京建筑大学硕士学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权

3、属于北京建筑大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文纸质版和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：生校内导师签名：/^yv^年“月曰年4月>6曰校外导师签名：年月曰摘要摘要面向2030年的污水处理碳中和运行目标使得剩余污泥转化能源应用及强化研究重获新生。本研究通过向剩余污泥厌氧消化系统中添加外源H2方式来达到促进甲烷（CH4）生产过程的目的，亦可提高C

4、H4在生物沼气中的含量比例。同时，通过对厌氧消化模型（ADM1）扩展，对实验研究过程进行数学模拟，并根据实验数据与模拟结果拟合程度校正模型参数，进一步模拟预测实验不连续或难以测得一些相关数据，以完善实验研究。前期实验表明，外源H2对CH4生产或含量提高的确具有明显促进作用。在氢分压为0.33bar的情况下，在序批式反应初始点注入H2，非但不会对上游产氢产乙酸过程形成抑制，在一定程度上还会刺激该过程加速反应。实验亦显示，高氢分压（0.33bar）下还会加速同型产乙酸耗氢过程，使得原来微不足道的同型产乙酸耗氢过程变得几乎与自

5、养产甲烷耗氢过程相同等级（实验状态下分别占40%和60%份额）。针对以上实验现象，本课题期望借助于数学模拟技术进一步拓展实验研究的深度和广度，利用ADM1模型扩展相关反应过程并加入兴趣参数。具体作法是将同型产乙酸耗氢过程嵌入ADM1模型，并将氢分压作为一个模型变量参数。拓展后的模型（HAs-ADM1）被逐一写入AQUASIM2.0软件，为数学模拟做好软件运算平台。通过一组实验数据首先对模型预测的吻合度进行验证，随后对模型参数进行合理范围内的有效校正，最终使得模拟预测结果与实验数据间取得非常高的吻合效果。拓展模型经验证与校

6、正之后可以用于其它目的的模拟预测。关键字：外源H2；厌氧消化；厌氧消化模型（ADM1）；同型产乙酸菌；自养产甲烷过程；异养产甲烷过程IAbstractAbstractThetargetof“carbonneutral”operationofwastewatertreatmentplantrevivesthestudyonenhancingenergyconversionofexcesssludge.Thisstudyaimsatstimulatingmethane(CH4)productionandincreasingm

7、ethanecontentinthebiogasbyintroducingexogenousH2intotheanaerobicdigester.Meanwhile,byextendingtheADM1model,thisstudycarriedoutmathematicalmodelingbasedontheexperimentalprocesses.Modelparameterswerecalibratedandvalidatedbycomparingthepredictedandmeasuredresults.Fu

8、rthermore,model-basedpredictionwasperformedtowardsscenerieswhicharedifficulttoinvestigatethroughactualexperiments,inordertoimprovetheexperimentalstudy.Previous