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1、中國給水排水2003Vol.19CHINAWATER&WASTEWATERNo.2厭氧消化1號模型(ADM1)簡介周雪飛,張亞雷,顧國維(同濟大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海200092)摘要:從生化反應(yīng)過程和反應(yīng)動力學(xué)以及物理)化學(xué)反應(yīng)過程等方面對IWA的厭氧消化1號模型(ADM1)進行了概括性介紹,并通過具體實例給出了模型實現(xiàn)的途徑和求解的過程。關(guān)鍵詞:厭氧消化1號模型;解算器;無機碳中圖分類號:X703.1文獻標識碼:C文章編號:1000-4602(2003)02-0085-0
2、31模型的由來為發(fā)生在更復(fù)雜的水解步驟之前。當原底物可用集厭氧消化的模型化是近幾年來國際研究的焦中動力學(xué)和生物可降解力參數(shù)表示時也經(jīng)常使用該點,1997年在日本Sendai舉行的第八屆厭氧年會上假設(shè)。復(fù)雜顆粒體集合被看作是死亡生物體分裂前首次被公開提出,1998年IWA成立了專門的課題的存在形式,因此分解包括一系列步驟,如分裂、非組來進行厭氧消化建模和模擬方面的研究,并于酶促衰減、相分離和物理性破壞(如剪切)等。2002年正式推出了厭氧消化1號模型(Anaerobic所有的胞外步驟都被假定為一級
3、反應(yīng),它是一DigestionModelNo.1,簡稱ADM1)。ADM1是一個反映多步驟過程累積效應(yīng)的經(jīng)驗函數(shù),其關(guān)鍵速個結(jié)構(gòu)化模型,它對厭氧系統(tǒng)內(nèi)的生化過程和物理率方程是底物吸收(是基于底物水平Monod形式的)化學(xué)過程進行了詳細分析,明確劃分了模型組分動力學(xué))。生物生長隱含于底物吸收,生物衰減可用并建立了相應(yīng)的反應(yīng)動力學(xué)方程,從而實現(xiàn)了厭氧一級動力學(xué)來表達,死亡生物體以復(fù)合顆粒性物質(zhì)消化的可計量性。形式保留在系統(tǒng)中。2模型過程生化方程是模型的核心,它能夠描述一個厭氧211生化反應(yīng)過程系統(tǒng)中
4、的主要反應(yīng)。但是,為了表達物理)化學(xué)狀A(yù)DM1包括產(chǎn)酸(發(fā)酵)、產(chǎn)乙酸(有機酸的厭氧態(tài)(如pH值和氣體濃度)對生化反應(yīng)的影響模型,氧化)和產(chǎn)甲烷、胞外(部分非生物的)分解及胞外水也必須包括物理)化學(xué)轉(zhuǎn)化。ADM1中總共包括解三個總生化步驟,其中水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)乙酸有許多19個生化速率方程、24種組分和19個速率方程,生平行反應(yīng)。在正常情況下這些過程由胞內(nèi)或胞外酶化反應(yīng)速率方程的矩陣形式與活性污泥數(shù)學(xué)模型的來催化,并作用于可用有機物質(zhì)的集合。合成物(如相同。死亡生物)先被分解成顆粒性組分,隨后經(jīng)酶促
5、水解212物理)化學(xué)過程為可溶性單體的過程為胞外過程,而由生物引起的物理)化學(xué)過程是厭氧反應(yīng)器中通常存在的非可溶性物質(zhì)的消化則是胞內(nèi)過程(導(dǎo)致生物生長和生物媒介的反應(yīng)過程,根據(jù)相對動力學(xué)速率(與生化死亡)。速率相對應(yīng))其可分為液)液過程(離子結(jié)合P分為便于對剩余活性污泥的消化進行模擬,假定離)、液)氣過程(液)氣交換)和液)固過程(沉淀P復(fù)雜的混合顆粒廢物是均質(zhì)的,并能夠被分解成糖溶解)。在厭氧模型中通常提到的只有前兩種過程類、蛋白質(zhì)和脂類顆粒性底物,同時分解步驟也被認(可能是由于液)固過程難于
6、實現(xiàn)),但是如果系統(tǒng)基金項目:國家自然科學(xué)基金重點項目(50138010)#85#2003Vol.19中國給水排水No.22+2+中存在著易于形成沉淀的陽離子(Ca、Mg等),式中Ka,CO)))平衡系數(shù)2那么液)固過程可能會變得很重要,此時應(yīng)考慮該同樣,有機酸、無機氮和氫氧化物也有類似的表過程。達形式。對厭氧系統(tǒng)進行模擬時物理)化學(xué)過程非常重21212液)氣過程要,因為:1它能夠表達許多生物抑制因子(如pH二氧化碳、甲烷和氫氣這三種氣體組分是系統(tǒng)值、游離酸和堿及液相中溶解性氣體的濃度等);o的
7、主要反應(yīng)產(chǎn)物,對生物過程有很強的影響。這些主要的性能變量(如氣體流量和碳酸鹽堿度)依賴于氣體比較難溶,其轉(zhuǎn)移阻力主要在液相。由于厭氧對物理)化學(xué)過程的正確估計;?主要的運行費用消化器中的氣體可能達到顯著的過飽和狀態(tài),所以往往是利用強酸或堿對pH值進行控制時的藥劑相互接觸的氣相和液相很難穩(wěn)定。因此,動態(tài)氣體費,但可由物理)化學(xué)反應(yīng)計算出給定條件下系統(tǒng)轉(zhuǎn)移方程可用于描述液)氣交換。StummandMo-內(nèi)的pH水平,并以此為控制點而采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)[3]rgan對此進行了公式推導(dǎo)(把質(zhì)量流量表示成驅(qū)措
8、施。動力和速率方程的結(jié)合)。21211液)液過程QT,i=KLa(Sliq,i-KHPgas,i)(4)主要討論了離子跟氫和氫離子的結(jié)合與分離。[1、2]式中KLa)))總質(zhì)量傳遞系數(shù)與比傳遞面積的乘因為結(jié)合P分離過程非?？?所以他們被稱為平積衡過程,可用一組隱式代數(shù)方程(用負荷平衡來表Sliq,i)))穩(wěn)態(tài)時液相中組分i的濃度示)求解。QT,i)))氣體i的比質(zhì)量傳遞速率在ADM1中負荷平衡按如下形式實現(xiàn)(有機酸項的分母代表單位負荷的gCOD含量):KH)))亨利定律系數(shù)SAC-Pgas,i)
