發(fā)布時間：2020-10-23 01:07

　　 隨著人們對可再生能源的不斷研究,厭氧發(fā)酵技術越來越普及,目前我國對厭氧發(fā)酵技術有一定程度的應用,然而復雜的厭氧發(fā)酵動力學過程往往難以控制,如何控制厭氧發(fā)酵過程穩(wěn)定性已經(jīng)成為厭氧發(fā)酵技術中需解決的關鍵問題之一。厭氧發(fā)酵過程一般可以分為水解、酸化和產(chǎn)甲烷三個階段,根據(jù)質量平衡模型可以建立厭氧發(fā)酵動力學三階段非線性模型,其穩(wěn)定性是一個非常重要的問題,也是對系統(tǒng)最基本的要求。本文研究了厭氧發(fā)酵三階段動力學模型的穩(wěn)定性,分析系統(tǒng)流出率(α)和稀釋率(D)對發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,系統(tǒng)在這兩個參數(shù)下趨于穩(wěn)定所需的時間分布情況,以及具有時滯效應的三階段模型的數(shù)值模擬,主要內容包括以下幾個方面:(1)研究了以Monod模型和Contois模型為基礎的水解和酸化階段動力學模型的穩(wěn)定性,結果表明當系統(tǒng)中存在邊界平衡點和正平衡點時,系統(tǒng)能達到穩(wěn)定狀態(tài)。當系統(tǒng)表現(xiàn)為邊界平衡點時,系統(tǒng)中的基質底物趨于穩(wěn)定的值與α呈負相關;當系統(tǒng)表現(xiàn)為正平衡點時,系統(tǒng)中的基質底物和大分子單體有機物趨于穩(wěn)定的值與α和D呈正相關,產(chǎn)酸菌趨于穩(wěn)定的值與流出比率和稀釋率呈負相關;在α+D=1.2的附近,系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)所需時間最短。此外,含有Contois模型的系統(tǒng)表現(xiàn)出更好的時間分布規(guī)律。(2)研究了以Monod模型和Haldane模型為基礎的厭氧發(fā)酵的酸化和產(chǎn)甲烷階段動力學模型的穩(wěn)定性,同樣當存在邊界平衡點和正的平衡點時系統(tǒng)能夠達到穩(wěn)定狀態(tài)。當系統(tǒng)表現(xiàn)為邊界平衡點時,系統(tǒng)中各成分的穩(wěn)定值不隨α和D變化:當系統(tǒng)表現(xiàn)為正平衡點時,系統(tǒng)中的大分子單體有機物和酸類趨于穩(wěn)定的值與α和D呈正相關,產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的穩(wěn)定值與α和D呈負相關;在α+D=1的附近,系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)所需時間最短。(3)研究了以Contois模型、Monod模型和Haldane模型為基礎的三階段厭氧發(fā)酵動力學模型的穩(wěn)定性。當系統(tǒng)表現(xiàn)為邊界平衡點時,系統(tǒng)中的甲烷生成的穩(wěn)定值不隨α和D變化;當系統(tǒng)表現(xiàn)正的平衡點時,甲烷生成趨于穩(wěn)定的值與D呈現(xiàn)正相關變化,與α呈負相關。在α+D=1的附近,系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)所需時間最短。同時,系統(tǒng)各階段達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間會隨著發(fā)酵水解、酸化和產(chǎn)甲烷過程的遞進逐漸增加;建立具有時滯效應的動力學模型,當時滯期τ0τ＜τ1時,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生周期性震蕩,所以合理的時滯效應模型能較好的表征厭氧發(fā)酵的動態(tài)穩(wěn)定過程。本文對厭氧發(fā)酵三階段動力學模型的穩(wěn)定性進行了較系統(tǒng)的研究,分析了流出比和稀釋率對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,并得到系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)最快時的參數(shù)區(qū)間,最后建立了具有時滯效成的厭氧發(fā)酵動力學模型,可為以后的有關研究提供參考。本文的研究結果可以應用于發(fā)酵工藝的控制過程,通過對系統(tǒng)參數(shù)的控制,使發(fā)酵系統(tǒng)保持在特定需要的最佳運行狀態(tài)。
【學位單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ920.1
【部分圖文】：

圖３－ｌｅ）所示

奮據(jù)雄為幼界平粉

圖３－４系統(tǒng)」維相閣??－－－－
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本文編號：2852345