一种预测回流工艺下厌氧发酵罐内氨氮浓度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及沼气工程技术领域，具体设及厌氧发酵沼液回流工艺下预测发酵罐内 氨氮浓度的方法。
【背景技术】
[0002] 厌氧发酵产沼气技术由于具备缓解畜禽粪便环境污染和缓解农村能源日益增长 需求压力的双重功能近年来在世界范围内受到普遍关注和快速发展。然而规模化沼气工程 为整个村镇及养殖场带来大量的生物能源，增加经济和环境效益的同时，也产生了大量沼 液。沼液营养成分丰富，通常会还田利用，但部分地区由于没有合理的种养殖业结构规划匹 配，使得大型沼气工程产生的大量沼液总量往往超过养殖场周围的±地承载能力。若将剩 余的沼液往往被就地排放到环境中，会造成严重的环境污染问题，如水体富营养化、持续而 无序地排放温室气体等。因此，将沼液在发酵系统中循环利用的方式得到发展。
[0003] 沼液回流即W-定的回流比将沼液回流至发酵罐，和新鲜发酵原料混合进行厌氧 发酵。回流不仅解决了沼液污染大、储存运输困难和季节性使用不均衡等问题，同时可W节 水、节能，达到经济环保的效果。然而研究表明随着回流量增大、回流时间增多，发酵罐内会 出现物质积累抑制发酵产气现象，其中氨氮抑制是最常见的一种发酵抑制现象。因此，预测 厌氧发酵回流工艺下发酵罐内氨氮浓度动态变化对实际工程应用非常重要。该就需要在研 究基础上建立回流工艺氨氮动态变化模型。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种预测厌氧发酵回流工艺下发酵罐内氨氮 浓度动态变化的方法，为预防发酵罐内氨抑制提供一种数学分析工具。
[0005] 为实现上述目的，本发明方法通过下述技术方案得W解决：
[0006] A.确定公式适用范围及相关参数
[0007] (1)在25~37°C反应温度内W鸡粪为原料进行厌氧发酵的连续揽拌反应器，采用 沼液上清液按一定比例与原料混合后返回至发酵罐厌氧发酵的方法运行。
[000引 （2)公式适用的条件假设：
[0009] 1、假设在回流过程中发酵罐内微生物活性不受氨氮变化影响，即氨氮转化率不 变；
[0010] 2、假设系统中存在的各种氮素均是鸡粪中含氮物质水解产生的有机氮转化而 成；
[0011] 3、忽略反应器中通过气体逸出和用于微生物生长的氨量。
[0012] (3)设公式相关参数；
[0013] a。：发酵罐稳定不回流运行时进料有机氮（g)经厌氧消化转化为发酵液中氨氮 (g)的转化率
[0014] a。：发酵罐回流运行第n天时进料有机氮（g)经厌氧消化转化为发酵液中氨氮（g) 的转化率
[0015] n:沼液回流工艺运行时间（d)
[0016]y。：回流工艺运行第n天时沼液中氨氮浓度（g/L)
[0017]A:每日加入发酵罐中干鸡粪总氮含量（g)
[0018]V。：发酵罐发酵有效体积（L)
[0019]V:每日发酵罐进出料体积（L)
[0020] R:回流工艺的回流比（回流比R=沼液回流量/进水总量，在0~1之间）
[0021] B.数学模型的建立：
[0022] 根据假设3。=ai= 32 =…=a。，通过微生物动力学和氮的迁移转化规律分析，根 据发酵罐有效体积、每次进出料体积、沼液回流比、进料有机物含氮量和回流初始稳定发酵 时发酵罐内氨氮浓度，利用等比数列求和公式最终可得到：
【主权项】
1. 用于预测厌氧发酵回流工艺下发酵罐内氨氮浓度的数学模型的建模方法，其特征在 于，包括以下步骤： A. 确定公式适用范围及相关参数 (1) 在25~37°C反应温度内以鸡粪为原料进行厌氧发酵的连续搅拌反应器，采用沼液 上清液按一定比例与原料混合后返回至发酵罐厌氧发酵的方法运行。 (2) 公式适用的条件假设： 1) 假设在回流过程中发酵罐内微生物活性不受氨氮浓度变化影响，即氨氮转化率不 变； 2) 假设系统中存在的各种氮素均是鸡粪中含氮物质水解过程中有机氮转化而成； 3) 忽略反应器中通过气体逸出和用于微生物生长的氨量。 (3) 设发酵基本指标如下： %:发酵罐稳定不回流运行时进料有机氮（g)经厌氧消化转化为发酵液中氨氮（g)的 转化率（在〇~1之间） an:发酵罐回流运行第η天时进料有机氮（g)经厌氧消化转化为发酵液中氨氮（g)的 转化率（在〇~1之间） η:沼液回流工艺运行时间（d) yn:回流工艺运行第η天时沼液中氨氮浓度（g/L) A:每日加入发酵罐中原料总氮含量（g) V。：发酵罐发酵有效体积（L) V:每日发酵罐进出料体积（L) R:回流工艺的回流比（回流比R =沼液回流体积/进料总体积，在O~1之间） B. 数学模型的建立：
其中，H = [Vtl-(I-R) · V]/V。 T = A/V0 〇
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用厌氧发酵罐运行的基础数据即可预测 氨氮浓度随回流时间的变化趋势。
【专利摘要】本发明公开了一种预测厌氧发酵回流工艺下发酵罐内氨氮浓度变化的方法。该方法通过发酵罐有效体积、每次进出料体积、沼液回流比、进料有机物含氮量和回流初始稳定发酵时发酵罐内氨氮浓度就可根据公式：简单预测出随回流时间的增加发酵罐内氨氮浓度的动态变化。本发明方法具有简单、可靠等特点，可以较好的拟合回流工艺下氨氮动态变化趋势，为预防发酵罐内氨抑制提供一种数学分析工具。
【IPC分类】G06F17-50, G06Q10-04, C02F11-04
【公开号】CN104866913
【申请号】CN201510204804
【发明人】董仁杰, 吴树彪, 黎佳茜
【申请人】中国农业大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月27日