基于人工神经网络的半连续式混合厌氧消化产气量预测

研究采用BP神经网络和模糊神经网络(FNN)模型对逐步提高有机负荷的半连续式餐厨垃圾和猪粪混合厌氧消化试验进行日产气量预测。结果表明,BP神经网络模型的预测准确率为77.63%,FNN模型为82.33%,2种模型均可用于产气预测,但FNN模型在传统神经网络模型基础上加入了模糊控制,可提高其准确率,更适用于混合厌氧消化产气量预测。     

污泥厌氧消化的人工神经网络模型

基于污泥固体停留时间(SRT)为20 d的污泥中温厌氧消化实验,建立一个3层BP神经网络,以前1~20 d的进泥挥发性悬浮固体(VSS)、当天消化罐pH值和碱度共22个参数为输入,预测污泥消化系统日产气量,结果表明,网络具有良好的学习能力、泛化能力和辨识能力,能够较为准确地预测出系统日产气量。此外,根据进泥VSS不同,利用网络预测能力,调节pH值和碱度到合适的值,系统日产气量有明显提高,进一步证明了网络具有良好的预测能力和实用性。     

pH值对玉米秸秆厌氧消化产气的影响

采用批式实验,研究了(35±0.5)℃、搅拌速度65 r/min的厌氧消化体系中,pH值对玉米秸秆厌氧消化产甲烷的影响,分析了消化液相及固相特性的变化.结果表明,厌氧消化第7～9天时各系统VFA浓度均达到最大值,pH值为7和9时,挥发性脂肪酸(VFA)浓度显著高于其他系统,SCOD向VFA的转化效率较高.pH值为9时累积产气量增加速度最快,最大累计产气量达到134.33 mL/g VS.pH值为7时累计产气量最大,高达149.2 mL/g VS,是pH值为5和11系统的3.23和6.71倍.pH值为7和9时,沼气中甲烷的平均含量分别为64.1％和62.5％,比pH值为5和11的系统提高了约10％.pH值为7和9时VS去除率达到67.68％和58.87％,显著高于其他系统.控制厌氧消化pH值在7～9范围内可以有效提高木质纤维素生物质的产气效率.     

玉米秸与鸡粪混合厌氧消化产气性能与协同作用

研究了玉米秸与鸡粪在不同混合比例条件下的厌氧消化产气性能和协同作用效果。设计了9种玉米秸与鸡粪的混合比例(1∶0、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、2∶1、3∶1、4∶1、0∶1),每种比例分别在3个不同负荷(50、65和80 g/L)下进行混合厌氧消化。结果表明,与未预处理玉米秸与鸡粪混合厌氧消化相比,NaOH预处理玉米秸与鸡粪混合厌氧消化的单位TS产气量提高了5.5%～62%。当预处理玉米秸与鸡粪的混合比例为1∶2、上料负荷为50 g/L时消化产气性能最好,此时的累积甲烷产量达到19 488 mL,比相同负荷下单一玉米秸厌氧消化的累积甲烷产量高出32.6%,比单一鸡粪厌氧消化的累积甲烷产量高出11.4%。混合厌氧消化协同作用的贡献率达到7.1%～17.7%,其中玉米秸与鸡粪的比例为1∶2时,其贡献率与其他比例相比高出25%～150%。可以为粪草混合原料厌氧消化提供设计和运行依据。     

基于不同破解方法的市政污泥厌氧消化产气量优化

污泥溶胞破解是提高污泥厌氧消化产气量的重要手段。实验比较了热预处理、碱预处理、热碱预处理以及电化学热处理4种破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化效果,通过分析比较沼气累积产量、日产气量、日产气速率和CH4在沼气中的含量占比等指标得出实验结果和结论。结果表明,不同的破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化程度是不同的,其中,电化学预处理破解方式的沼气累积产量最多,为648 L·kg-1（以VS计）,同时其CH4在沼气中的含量也最多,从5 d后的56.2%一直持续上升到40 d后的64.8%,表明该种方式对于市政污泥厌氧消化产气量的优化是较为理想的。     

污泥和香蕉秸秆的配比对其厌氧消化特性的影响

城市污水处理厂污泥与香蕉秸秆以不同配比(质量比1∶0、2∶1、3∶1、1∶1、1∶3、1∶2和0∶1)进行中温((35±1)℃)厌氧消化实验,研究了不同配比下的产气特性,并考察了消化过程中消化液的挥发性脂肪酸(VFA)、溶解性化学需氧量(SCOD)、溶解性蛋白质、溶解性多糖以及总固体(TS)和挥发性固体(VS)的变化。结果表明:(1)污泥与香蕉秸秆进行混合厌氧消化可以明显提高系统的产气量。当污泥和香蕉秸秆的配比为1∶2时,累积产气量可达到339.12L/kg,分别比污泥和香蕉秸秆单独消化时提高了17.36%、31.25%。(2)当污泥与香蕉秸秆配比为1∶2时,TS、VS、SCOD、溶解性蛋白质和溶解性多糖的去除率都达到最大,分别为37.50%、22.66%、70.25%、58.71%、85.39%,此厌氧消化系统的稳定性良好。     

剩余污泥混合对絮凝污泥厌氧消化的强化

为了考察絮凝污泥与剩余活性污泥混合中温(35℃)厌氧消化效果,分析了不同混合比例、不同投配率下的总化学需氧量(TCOD)去除率、挥发性固体(VS)降解效果,通过pH值与氨氮浓度的变化来分析各反应器的稳定性。结果表明:污泥混合后消化效果明显得到提高,且污泥消化效率随着投配率的增加先提高后下降。5%投配率时,絮凝污泥/剩余污泥(VS比)为1:2时厌氧消化效果最好,TCOD去除率达到47.8%,VS降解率达到46.8%,分解单位VS产气量达到了435 mL/g,pH值与氨氮浓度分别保持在7.4和269 mg/L左右,混合污泥厌氧消化系统较稳定。这说明与剩余污泥的混合消化能有效提高絮凝污泥的厌氧消化性能。污泥絮体的显微分析表明:厌氧消化过程中絮体面积百分比逐步减小,污泥结构逐步解体,可以解释污泥消化的微观过程。     

青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化研究

在中试规模下,研究青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合(质量比1∶1)高温厌氧消化实验,通过监测厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH3-H、VFAs含量和组分等化学指标变化,确定混合厌氧消化的最大有机负荷,并分析混合高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,(1)青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性;(2)混合厌氧消化的最大有机负荷可达4.069 kg VS/(m3.d);(3)当系统最大有机负荷时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.346 m3;(4)混合厌氧消化可削减氨氮对餐厨垃圾单独厌氧消化产沼气的影响。     

餐余垃圾中高温高固体厌氧消化过程中的pH和氨氮抑制

以餐余垃圾作原料,进行连续式中温和高温高固体厌氧消化120 d。将厌氧消化过程分为适应阶段（0~15 d）,产气速率（GPR）持续上升;启动阶段（中温16~30 d,高温16~36 d）,GPR开始下降;抑制阶段（中温31~67 d,高温37~67 d）GRP最小,平均为1.45 L·d-1和2.09 L·d-1;恢复及稳定阶段（68 d~120 d）,GPR回升后达到稳定,平均分别为16.55 L·d-1和19.03 L·d-1。厌氧消化过程中主要存在2种抑制形式：pH抑制和游离氨（FA）抑制,2种温度下厌氧消化抑制情况类似,抑制阶段主要是pH抑制,稳定阶段主要是FA抑制,pH抑制较轻,中温厌氧消化稳定阶段的FA抑制比高温厌氧消化时严重。     

T-S模糊神经网络在厌氧反应器预测中的应用

3个厌氧反应器运行稳定后,用三氯甲烷和2、4-二硝基酚作为毒物负荷对它们进行了冲击试验.利用负荷冲击试验所得的数据集建立了T-S模糊神经网络,并用其预测了反应器的容积产气率、挥发性脂肪酸和CH4体积含量.研究结果表明,基于某一反应器建立的T-S模糊神经网络可以很好地预测毒物负荷冲击下该反应器的容积产气率、挥发性脂肪酸和CH4变化规律,实测值与预测值的相关系数均＞0.850;但是基于某一反应器建立的模糊神经网络用来预测其他反应器时,其预测能力较差,预测值和实测值的相关系数基本上＜0.500.     

零价铁强化城市污泥与垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化

针对城市污泥(初沉污泥、剩余污泥)和垃圾焚烧厂渗滤液2种市政废物的协同厌氧消化产气量不足的问题,采用投加零价铁的方式,探究零价铁对厌氧消化过程中产酸和产甲烷阶段的强化作用,并研究消化前后COD、VSS、氨氮以及上清液离子的变化。以初沉污泥与剩余污泥体积比4∶1、渗滤液添加量为15%的基质作为底物,投加不同浓度零价铁进行厌氧消化。结果表明：零价铁能有效提升协同厌氧消化系统中总挥发性脂肪酸产量、促进丙酸分解、进一步降解复杂有机物;当零价铁投入量为4 g·L⁻¹时,累计产甲烷量最高达189.65 mL·g⁻¹(以VSS计),相比对照组提升了30.1%,其产气速率符合一次函数和Scholl Canyon模型指数衰减规律;在25 g·L⁻¹和40 g·L⁻¹的高投加量零价铁条件下,产气高峰提前,但累计甲烷产量低于对照组;随着零价铁的投加量增加,COD降解率呈下降趋势,VSS降解率提升,氨氮变化不大;此外,消化液上清液中,正磷酸盐、硫酸根浓度明显减少,这与亚铁离子的混凝沉淀作用相关,同时也是削弱零价铁强化作用的原因之一。研究结果可为城市污泥和垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化提供参考。