【摘 要】
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针对当前农业秸秆产量大且综合利用效率低、牲畜粪便污染、抗生素污染以及能源短缺等问题,本研究通过修正ADM1模型表征牛粪和和玉米秸秆混合厌氧发酵动力学过程,经模型校准（灵敏度分析和参数估计）、验证和分析（Pearson相关系数和RMSE）后对甲烷产量进行预测,并与原始ADM1模型进行对比;利用修正的ADM1模型模拟抗生素（红霉素和磺胺二甲基嘧啶）影响下的牛粪和玉米秸秆混合厌氧发酵,分析影响发酵的关键
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针对当前农业秸秆产量大且综合利用效率低、牲畜粪便污染、抗生素污染以及能源短缺等问题,本研究通过修正ADM1模型表征牛粪和和玉米秸秆混合厌氧发酵动力学过程,经模型校准（灵敏度分析和参数估计）、验证和分析（Pearson相关系数和RMSE）后对甲烷产量进行预测,并与原始ADM1模型进行对比;利用修正的ADM1模型模拟抗生素（红霉素和磺胺二甲基嘧啶）影响下的牛粪和玉米秸秆混合厌氧发酵,分析影响发酵的关键参数,为研究抗生素影响下的混合厌氧发酵提供理论指导。主要结果如下:（1）原始ADM1模型不能够表征牛粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产甲烷动力学过程,修正的ADM1模型能够较为准确地表征其产甲烷动力学过程。经灵敏度分析,给出了对甲烷有显著影响的关键参数牛粪分解速率系数（kdis,cd）、玉米秸秆分解速率系数（kdis,cs）、乙酸的最大吸收比率（km,ac）、氢气的最大吸收比率（km,h2）、糖的最大吸收比率（km,su）、乙酸半饱和系数（Ks,ac）、丙酸半饱和系数（Ks,pro）和糖半饱和系数（Ks,su）,这些参数的推荐值分别为0.43、0.31、16.30、42.97、30.20、0.39、1.11和8.50。修正的ADM1模型校准组和四组验证组的Pearson相关系数>0.958（p<0.05）,RSME<0.3,根据动力学研究结果和统计指标,修正的ADM1模型较为准确地预测了牛粪和玉米秸秆混合厌氧发酵的产甲烷量。（2）采用修正后的ADM1模型模拟抗生素影响下的厌氧发酵产甲烷过程,对红霉素胁迫的混合厌氧发酵影响较大的的关键参数是km,ac和Ks,ac,对低浓度磺胺二甲基嘧啶胁迫的厌氧发酵影响较大的关键参数是kdis,cd和kdis,cs。红霉素影响下,修正的ADM1模型参数kdis,cd、kdis,cs、km,h2、Ks,pro、Ks,su和km,su的推荐值分别为7.79、0.00001、4.35、9.99、99.66和0.53,此时各组的相关系数>0.977（p<0.05）,RMSE<3.27,即模型能够较为理想的模拟红霉素影响下的厌氧发酵产甲烷量。低浓度磺胺二甲基嘧啶影响下,修正的ADM1模型能够较好的模拟实验结果（相关系数>0.988,p<0.05;RMSE<2.09）;高浓度磺胺二甲基嘧啶影响下,各组RMSE值较大（>9.59）,模型不能够准确模拟厌氧发酵产甲烷量。本研究对ADM1模型进行修正,经过模型校准、验证与分析,修正的ADM1模型能够实现牛粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产甲烷量的预测,获得抗生素影响下牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵的模型模拟的关键参数和推荐值,为进一步探索精准表征厌氧发酵产气过程、研究抗生素影响下的混合厌氧发酵提供理论指导。
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