發(fā)布時(shí)間：2020-10-23 01:07

　　 隨著人們對(duì)可再生能源的不斷研究,厭氧發(fā)酵技術(shù)越來(lái)越普及,目前我國(guó)對(duì)厭氧發(fā)酵技術(shù)有一定程度的應(yīng)用,然而復(fù)雜的厭氧發(fā)酵動(dòng)力學(xué)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(shù)中需解決的關(guān)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(gè)階段,根據(jù)質(zhì)量平衡模型可以建立厭氧發(fā)酵動(dòng)力學(xué)三階段非線性模型,其穩(wěn)定性是一個(gè)非常重要的問題,也是對(duì)系統(tǒng)最基本的要求。本文研究了厭氧發(fā)酵三階段動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定性,分析系統(tǒng)流出率(α)和稀釋率(D)對(duì)發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,系統(tǒng)在這兩個(gè)參數(shù)下趨于穩(wěn)定所需的時(shí)間分布情況,以及具有時(shí)滯效應(yīng)的三階段模型的數(shù)值模擬,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)研究了以Monod模型和Contois模型為基礎(chǔ)的水解和酸化階段動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定性,結(jié)果表明當(dāng)系統(tǒng)中存在邊界平衡點(diǎn)和正平衡點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)表現(xiàn)為邊界平衡點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)中的基質(zhì)底物趨于穩(wěn)定的值與α呈負(fù)相關(guān);當(dāng)系統(tǒng)表現(xiàn)為正平衡點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)中的基質(zhì)底物和大分子單體有機(jī)物趨于穩(wěn)定的值與α和D呈正相關(guān),產(chǎn)酸菌趨于穩(wěn)定的值與流出比率和稀釋率呈負(fù)相關(guān);在α+D=1.2的附近,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間最短。此外,含有Contois模型的系統(tǒng)表現(xiàn)出更好的時(shí)間分布規(guī)律。(2)研究了以Monod模型和Haldane模型為基礎(chǔ)的厭氧發(fā)酵的酸化和產(chǎn)甲烷階段動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定性,同樣當(dāng)存在邊界平衡點(diǎn)和正的平衡點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)表現(xiàn)為邊界平衡點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)中各成分的穩(wěn)定值不隨α和D變化:當(dāng)系統(tǒng)表現(xiàn)為正平衡點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)中的大分子單體有機(jī)物和酸類趨于穩(wěn)定的值與α和D呈正相關(guān),產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的穩(wěn)定值與α和D呈負(fù)相關(guān);在α+D=1的附近,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間最短。(3)研究了以Contois模型、Monod模型和Haldane模型為基礎(chǔ)的三階段厭氧發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)表現(xiàn)為邊界平衡點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)中的甲烷生成的穩(wěn)定值不隨α和D變化;當(dāng)系統(tǒng)表現(xiàn)正的平衡點(diǎn)時(shí),甲烷生成趨于穩(wěn)定的值與D呈現(xiàn)正相關(guān)變化,與α呈負(fù)相關(guān)。在α+D=1的附近,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間最短。同時(shí),系統(tǒng)各階段達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間會(huì)隨著發(fā)酵水解、酸化和產(chǎn)甲烷過程的遞進(jìn)逐漸增加;建立具有時(shí)滯效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型,當(dāng)時(shí)滯期τ0τ＜τ1時(shí),系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生周期性震蕩,所以合理的時(shí)滯效應(yīng)模型能較好的表征厭氧發(fā)酵的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定過程。本文對(duì)厭氧發(fā)酵三階段動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定性進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究,分析了流出比和稀釋率對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,并得到系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)最快時(shí)的參數(shù)區(qū)間,最后建立了具有時(shí)滯效成的厭氧發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型,可為以后的有關(guān)研究提供參考。本文的研究結(jié)果可以應(yīng)用于發(fā)酵工藝的控制過程,通過對(duì)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(yùn)行狀態(tài)。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(hào)：2852345