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传统厌氧生物膜反应器存在生物传质效果差、填料易堵塞以及反应器容易出现短流现象等问题。本研究中的完全混合式厌氧生物膜反应器以搅拌桨为动力输入,在搅拌桨的带动下使填料呈循环流动状态。这种流态能强化废水与填料之间的生物传质过程,使微生物生化处理能力得到最大程度利用。本课题以完全混合式厌氧生物膜反应器为研究中心,对该反应器的流场流态、处理效能、菌群群落以及厌氧消化1号模型(Anaerobic Digestion Model NO.1,ADM1)做出相关研究。经计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟与粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)流场试验相结合的方法得出本反应器的最优结构尺寸:反应器外壳高径比1:1(300mm×300mm)、搅拌桨类型为斜叶式桨、搅拌桨直径为140mm、桨叶倾斜角度为30度、搅拌桨距离反应器底部为80mm。在该设计条件下,填料在反应器内呈内循环流态,且反应器内流场分布均匀,填料与废水混合均匀且不易出现死区等现象。因此废水与填料之间的生物传质作用增强,反应器废水处理能力得到大幅度提高。随后以啤酒人工合成废水为试验进水,反应器采用预挂膜+低负荷启动的方式启动,最终反应器进水COD提高至4000mg/L,反应器容积负荷提高至13.33kgCOD/(m~3·d),在反应器稳定时COD去除率能够达到95%以上。接着使用响应曲面法来探究反应器最优运行参数及最大处理效能,通过建立响应曲面回归模型及回归方程得到反应器最优运行参数条件:HRT为21.42h,搅拌桨转速为101.34rpm,进水碱度为25.22mmol/L,并且COD去除率能够达到96.93%。本反应器中填料材质为聚氨酯,随着反应器的运行填料重量逐渐增大,填料表面颜色逐渐加深。并通过扫面电镜(Scanning electron microscope,SEM)及高通量测序分析发现相较于接种污泥,在反应器稳定运行时产甲烷丝菌属(Methanothrix)和产甲烷螺菌属(Methanospirillum)成优势古菌,其相对丰度分别为57.6%和13.44%。最后以本反应器为中心建立ADM1,根据本次试验的废水性质及乙醇的降解规律与动力学方程,将ADM1扩展以适用于啤酒人工合成废水的降解。通过对相关参数进行灵敏度分析及参数估计来校正模型,校正后的模型可以准确的描述反应器内各种进水组分的变化规律及变化情况,这为我们深入研究厌氧消化提供理论基础。