有机固废厌氧消化过程中vs的变化

有机固废厌氧消化过程中vs的变化

有机固体是指含有高含量和低含量的固体残渣。这些废物中含有大量共生材料。有效利用这些共生来源对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。厌氧生物法是一种既节能又产能的生物处理工艺,已经被广泛用于废水的处理。在对城市有机固体废物处理方面应用相对较少,尤其是在中国,因此,加强有机固废厌氧处理的研究是十分必要的。1厌氧发酵过程中cod值的变化从理论上分析,COD值应该呈下降的趋势,至少不应该升高。但是,实验的结果恰恰相反,COD值在实验期间呈升高的趋势,经过多方面分析,原因可能如下:固体状的反应物由大分子构成(如糖类、脂类、蛋白质),分子内部及分子间结合紧密,重铬酸钾不足于全部氧化这些大分子有机物,因此,测出的COD值只能部分反映有机物的含量(即反映被氧化部分的有机物)。随着厌氧发酵的进行,越来越多的大分子有机物被分解为小分子物质,重铬酸钾能够氧化的比例逐渐升高,所以COD值也随之增大。但是,COD值也不会一直上升,尤其是间断性厌氧发酵,有机物也在不断分解为CH4和CO2,会使COD值下降,两者综合作用使COD值达到某一点后(即最大值),将呈下降的趋势。从理论上分析,发酵期间反应在进行,总固体含量(TS)、挥发性固体含量(VS)应该逐渐降低。经过实验证明,实验的进程确实如此。综上所述,在表示有机固体废物厌氧消化进程的三个指标(COD、TS、VS)中,宜选择TS、VS指标,而VS又最好,因为TS中包含了一部分不能被厌氧消化的灰分(即TS与VS的差值)。2有机固结、厌氧消化过程的vs预测模型2.1有机固废的消化过程中vs的变化数学模型的建立过程可以分为表述、求解、解释、验证几个阶段,并且通过这些阶段完成从现实对象到数学模型,再从数学模型回到现实对象的循环。在有机固废的厌氧消化过程中,VS随时间的变化是非线形性的,但是在某点的邻域内,VS是连续的,因此,VS随时间的变化可以用多项式任意逼近。此外,指数函数也能较好地反映VS随时间的变化。2.2模型的分析和计算(1)模型建立。在一般坐标系上,时间与VS的点据一般呈弧形,一元多次函数的曲线能满足这样的形状,据此建立多项式回归的数学模型:式中:VSt为t所对应的挥发性固体含量,kg;t为时间,d;a0、a1、a2...an为系数;n为次数。(2)系数的确定。在一般坐标系上,点据(t,VSt),在垂直方向(纵坐标)有离差(VSi-VSt),水平方向相等ti=t,所以:根据最小二乘法的原理,若要曲线与各个点据配合得最好,就应使离差的平方和最小,即最小值,根据这一条件,即可求得各系数。(3)模型的分析。一般说来,VS随时间的变化较复杂,需要用次数较高的多项式回归,不过次数高的多项式振动较大,计算量也大。由于上述模型是用样本来代替总体规律,无论怎样,都存在抽样误差,只要计算结果满足一定精度即可。根据使用经验n取5或6,完全能满足精度的要求。在应用此模型时,当各种基本条件(如温度、反应物种类、搅拌方式等)不同时,模型中的系数就不同,因此,在任何一次改变条件进行有机固废厌氧消化时,都要进行试验,以确定系数的取值。2.3模型分析的过程(1)模型建立。在一般坐标系上,时间与VS的点据也能用指数函数来描述:式中:VSt为t所对应的挥发性固体含量,kg;t为为时间,d;a、b为系数;(2)系数的确定。在一般坐标系上,点据(t,VSt),在垂直方向(纵坐标)有离差(VSi-VSt),水平方向相等ti=t,所以根据最小二乘法的原理,若要曲线与各个点据配合得最好,就应使离差的平方和最小,即最小值,根据这一条件,即可求得各系数。(3)模型的分析。同多项式回归模型一样,在应用此模型时,当各种基本条件不同时,模型中的系数a及b就不同,因此,在任何一次改变条件进行有机固废厌氧消化时,都要进行试验,以确定系数a及b的取值。2.4使用实例2.4.1发酵材料和接种液种类反应器:自制的混合式厌氧发酵自动控制实验装置(简称为MADACE);发酵开始时间:2005年6月26日17点至2005年9月15日20点;发酵材料:菜市场的蔬菜垃圾102kg;接种物:上一组发酵时的残留液136.9L(约136.9kg);自来水:50kg;蔬菜垃圾TS含量为9.09%,VS含量为80.92%,即102kg的蔬菜垃圾的TS为9.27kg,VS为7.50kg;接种液的TS含量为1.16%,VS含量为53.66%,即136.9L的接种液的TS为1.59kg,VS为0.85kg。因此,反应物料混合后TS、VS分别为10.86kg、8.35kg。2.4.2式消化的相关问题将测得的TS、VS数据绘制成图形,见图1。上述厌氧消化过程中,VS随时间变化的多项式回归数学模型为:相关系数的平方:R2=0.9999VS随时间变化的指数函数模型为:相关系数的平方:R2=0.98792.5有机固废厌氧消化对s模型的响应根据上述的结果可知,在用多项式回归与指数函数两种数学模型来描述有机固废厌氧消化过程中VS随时间的变化时,相关系数的平方都比较高,多项式回归为0.9999,指数函数为0.9879,表明两种模型都可用来描述有机固废厌氧消化过程中VS随时间的变化,从总体上来讲,多项式回归略优于指数函数,但在预测有机固废厌氧消化后期VS的变化时,指数函数的精度更高。3cod、ts、vs有机固废由于含有机质