厌氧条件下纤维素降解产气的研究

258中国环境科学28卷产CH4菌I碳:1111XMAcMdMXMSMAcd=()d+CCmKCtKC−(7)产CH4菌II碳:222222XMCOMdMXMSMCOd=()d+CCmKCtKC−(8)乙酸碳:AcACALLM1AcAdAXAXM1ASALSALM1SM1ACACALM1AcAdAXAXM1ASALM1SM1ACd=[()]d+++1[+]++CCmCCmYmKCCtYKCKCYKCCYCmYmKCCYKCYKC−−−=−−(9)CO2碳:2222COAcM1COM1dM1XM1M1SM1AcCOALM2AcAdAXAXM2ASALM2SM2COd1=(+)d+1(1)(+)++CCYYmKCtYKCCYCmYmKCCYKCYKC−+−−−(10)CH4碳:422422CHAcM1COM1dM1XM1M1SM1AcCOM2CHM2dM2XMM2SM2COd1=(1)(+)d+1(+)+CCYYmKCtYKCCYYmKCYKC−−−(11)式中:Kh为纤维素的水解速率常数,d-1;YA为单位质量的液态碳形成产酸菌碳的质量;µA为产CH4菌的最大比增长速率,d-1;KSA为产酸菌的半速率常数,g/mL;KdA为产酸菌的衰减速率常数,d-1;YM1为单位质量乙酸形成I型产CH4菌的质量;µM1为产CH4菌I的最大比增长速率,d-1;KSM1为产CH4菌I的半速率常数,g/mL;KdM1为产CH4菌I的衰减速率常数,d-1;YM2为单位质量乙酸形成产CH4菌II的质量;µM2为产CH4菌II的最大比增长速率,d-1;KSM2为产CH4菌II的半速率常数,g/mL;KdM2为产CH4菌II的衰减速率常数,d-1;YAC为乙酸碳的产率系数;YCO2为CO2的产率系数;YCH4为以CO2为基质的产CH4反应中CH4的产率系数.联立方程(4)~(11),形成常微分方程组.该方程组给出了纤维素厌氧降解这一复杂系统的较为简单的描述.3.3.3模型计算和参数估计用Matlab编写程序,将未知参数用随机数带入,通过四级Runge-Kutta方法,计算出CH4和CO2的碳浓度.利用CH4和CO2的碳浓度试验数据与模拟值进行方差计算,当方差均<0.05时,得到最优化参数(表1).模拟值与实测值的关系曲线见图5,模拟值与实测值基本吻合.表1参数优化值Table1Parameterswasestimatedbytestbata参数温度(℃)304050YA0.31480.21340.2310YM10.80700.59360.2694YM20.03980.08110.0195YAC0.14350.03880.0928YCO20.27780.30980.5971YCH40.76660.76280.5025Kh(d-1)0.00710.00690.0064KSA(g/mL)0.02640.06110.0257KdA(d-1)0.02890.02920.0150KSM1(g/mL)0.16790.30720.4245KMd1(d-1)0.06300.09050.0849KSM2(g/mL)0.86230.79860.9897KdM2(d-1)0.00990.00990.0069µA(d-1)1.52531.15901.1864µM1(d-1)0.69810.34020.5381µM2(d-1)0.21950.12210.19743期杨渤京等：厌氧条件下纤维素降解产气的研究2590501001502002503003504000102030405060708090100累计产气量(mL/g)11030℃累计产气量(mL/g)40℃010203040506070809010001020304050607080901001100204060801001201401600102030405060708090100时间(d)累计产气量(mL/g)11050℃图5模拟值与实测值的关系曲线Fig.5ThecomparisonsbetweensimulativevalueofmodelandtestdataCO2模拟值CO2实测值CH4模拟值CH4实测值4结论4.130℃为纤维素物料厌氧降解的最佳温度,其产气过程分为适应期、快速增长期和稳定期3个阶段.4.2建立了基于物料守恒和Monod方程的纤维素厌氧产气动力学模型,并利用试验数据进行模型参数优化.该模型的模拟值与实测值基本吻合,可以用来模拟在填埋场中不同温度下纤维素物料厌氧降解产气过程.参考文献：[1]MillerTL,CurrentiE,WolinMJ.AnaerobicbioconversionofcellulosebyRuminococcusalbusMethanobrevibactersmithiiand