图1.1.2  蒙牛企业工厂内的生物质能沼气发电厂

沼气发酵又叫厌氧消化制甲烷，厌氧消化技术是一种广泛用于生命科学，污水处理，有效解决能源短缺和农业，农产品加工中生态保护问题的生物技术方法。最初的厌氧工艺被应用于生活污水的处理，随着全球对能源短缺和温室效应等问题的关注，可再生能源的供应日益迫切，而厌氧处理工艺可将有机废物转化为乙酸，甲烷，氢气等可再生能源，变废为宝，又可减轻环境污染[24]。在现有的技术基础上 ，厌氧消化又有一些新的优势，首先这个过程降低了产生宝贵能源的化学需氧量 其次实验证明，这个 过程特别适用于集中废弃物，如农业（例如，植物残体，动物粪便）和食品工业废水。在厌氧消化的过程中，通常会在连续搅拌生物反应釜（CSTR）中将有机物通过微生物分解成沼气（主要是甲烷和二氧化碳），过程通常在无氧状态下进行[4，16]。

厌氧消化过程是一个古老的生物污水处理过程，早在一个多世纪之前就对其有研究。厌氧消化减少了进料的化学需氧量，并产生有价值的甲烷气体，实验表明，这个过程特别适合集中处理农业（例如植物秸秆，畜禽废物）废弃物还有食品工业废水，并且它能在恶劣的环境下进行。然而这些年来，对于厌氧消化知识的缺乏或多或少导致了其在工业过程中的失利。这也导致了对厌氧消化的一些质疑以至于延缓了它的发展。厌氧消化本质上的确是一个非常不稳定的过程：输入变量的变化（液压流率，进料有机含量），容易导致对反应釜的一个冲刷。这个过程通常发生在反应釜中酸性物质积累的情况下，必须不计一切代价避免。因此，必须对厌氧消化过程实施有效的监测和控制。

1.2  厌氧消化过程控制研究现状

1.3  本文研究意义与内容

本项目，拟针对以各类有机垃圾为原料高效厌氧制甲醇所面临的主要问题，通过研究国内外现有技术，开发根据安全高效生产要求，研究设计高效厌氧反应系统的本体结构、控制策略和监控报警系统等。本课题直接面向国民经济工业生产中所面临的亟待解决的能源问题，目的是为了探求可再生生物质能高效生产技术，提高我国能源的自给水平。

 （1）调研国内外现有利用生物有机垃圾高效厌氧制甲烷技术的制备工艺，分析其优缺点。

（2）根据安全、高效等生产要求，结合自动控制理论和计算机监控技术，研究设计高效厌氧反应系统的本体结构、控制策略和监控报警系统等。

（3）根据生物有机垃圾高效厌氧制甲烷系统的非线性、复杂性和大量未知参数等特性，重点研究开发无模型优化控制策略，提高甲烷生产的产气量。

2  高效厌氧反应系统本体结构研究及复合自适应控制器设计基础理论与设计原则

2.1  表示厌氧消化生物过程的动力性能的数学模型源.自/751·论\文'网·www.751com.cn/

在厌氧消化过程中，连续搅拌生物反应釜非线性常微分描述过程中有大量难以进行估计的系数以及只有有限的可在线测量的过程变量。

厌氧消化过程可以分为四个主要阶段[16]：

（1） 从未溶解的高分子量的化合物（蛋白质，糖类，脂肪）水解为水溶性低分子量化合物（多糖，氨基酸类，长 - 链脂肪酸，甘油）;

（2） 第一阶段产生的低分子量化合物发酵生成VFA， 和 ；

（3） 酸化：从VFA转化为乙酸， 和 ；

（4） 产甲烷菌作用下产生甲烷 ，二氧化碳，氢气。