模拟和预测来自无氧消化过程的沼气生产,以实现可持续的资源能源回收

科学领域:

• 生物技术和生物工程 生物技术和生物工程
• 环境科学与工程环境科学与工程
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 无氧消化 (AD) 是有机废物管理的一个关键过程,生产生物能源和肥料.
• 现有的AD数学模型往往缺乏详细的生物化学和物理化学过程表示.
• 精确的建模对于优化AD效率和生物气产量至关重要.

研究的目的:

• 开发和验证一个修改后的动态数学模型来模拟无氧消化.
• 包括详细的生物化学和物理化学过程,包括颗粒物惰性产品和硫酸盐减少.
• 评估模型的预测准确性,并使用灵敏度分析识别敏感参数.

主要方法:

• 通过更新生化框架和添加物理化学细节,开发了一个修改后的动态数学模型.
• 包括颗粒惰性产品 (Xp),区分基板/注射剂,并使用基于表面的动力学来进行分解.
• 纳入硫酸盐减少和硫化生产;使用文献数据和统计指标 (rAE,RMSE,SI,NES) 进行验证.

主要成果:

• 该模型表现出高精度,相对绝对误差 (rAE) 和根平均平方误差 (RMSE) 低于5%.
• 散射指数 (SI) 低于10%,纳什-萨特克利夫效率 (NES) 接近一个,证实了可靠性.
• 该模型成功地预测了食品废弃物 (FW) 无氧消化过程中的生物气体生产和质量.

结论:

• 开发的动态数学模型是强大的,准确的模拟无氧消化过程.
• 它作为一个有价值的虚拟平台,用于评估AD效率和预测沼气生产和质量.
• 该模型的增强细节允许在各种有机废物流中更好地预测二氧化碳排放和能源潜力.