[發明專利]用于監測和/或控制發酵過程的系統設置

在審

• 申請號: 201380054860.7
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN104884604A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 劉京
• 申請（專利權）人: 碧普（瑞典）有限公司
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C02F11/02;C02F11/04;G06F19/12;H04L29/08
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 寧曉;鄭霞

技術領域

本發明涉及用于監測和/或控制一個或多個發酵過程的系統設置，特別是用于涉及氣體(如沼氣或氫氣)的制備的發酵過程。

背景技術

使用沼氣作為能源載體是一種減少對基于化石燃料的能源的依賴性的方法，從而對自然資源并對環境產生較小的影響。隨著用于有機廢物的生物降解和沼氣生產的厭氧消化過程的應用呈指數增長，迫切需要增加關于此類過程的知識經驗，改善選擇最佳底物進料的方法，開發開環和閉環控制策略，微調啟動操作，確定應力系數和實施經調整的反應器設計。事實上，知識經驗將在很大程度上對沼氣廠的初始設計、運行和經濟細節有巨大影響。

厭氧降解的過程是非常復雜和動態的，其中微生物方面、生物化學方面和物理化學方面彼此緊密相關。出于優化目的，實驗室規模的發酵試驗方法被用于確定給料特性并模擬沼氣反應器的連續操作。一般來講，對于廣義設計的試驗程序，應當使用分批試驗和連續試驗的組合。連續試驗模擬跨越長時間范圍的長過程條件，而平行運行的多個分批試驗提供關于對相關參數變化和給料特性的影響的結果。發酵試驗以限定的連續工序進行的目的是獲得關于氣體產率及其組成的可靠的長期基本數據，并且構建關于有機材料的降解、發酵的過程以及在降解過程中可能發生的任何問題的盡可能詳盡的數據圖。事實上，連續的實驗室級發酵試驗的結果已在若干情況下經證實能夠提供全規模操作的良好表現。借助于連續發酵試驗，應該還可以確定底物的理化性質如何影響發酵過程以及必須實施怎樣的過程條件才能實現最佳降解并使氣體產率最大化。因此，連續發酵試驗提供關于該過程的性能和負載極限的首要信息，其對于設計和運行沼氣廠以及對于創建有關項目的經濟可行性的模型而言是至關重要的。

自然環境和全規模工廠中用于處理廢水和固體廢物的各種生物降解過程已導致了大量基于不同發酵試驗工序的試驗方法的產生。此外，以連續工序進行的發酵試驗是實驗室規模的試驗方法，所述方法不僅由于所用的生物廢料和細菌培養物的異質性，還由于實驗設置以及未統一的試驗協議的差異而易發生大幅變化。例如，各個實驗室之間的反應器配置、檢測儀器和運行模式均可彼此不同。此外，結果的顯示也未被標準化，這使得非常難以在兩個試驗之間進行比較。此外，以連續模式執行發酵試驗通常是復雜且勞動密集同時耗時的工序，其跨越了相當長的時間段。

本發明的一個目的是提供改進的用于在數據采集、數據解釋和數據存儲方面監測和/或控制連續發酵的系統設置。

發明內容

通過用于監測和/或控制一個或多個發酵過程的系統設置實現上述目的，所述系統設置包括：

-至少一個發酵單元；

-數據采集單元；以及

-云計算單元，該云計算單元具有數據庫、文件存儲能力、數據計算能力和用戶界面能力；

其中至少一個發酵單元連接至采集單元，所述采集單元又連接至云計算單元，從而可將一個或多個發酵過程的在線實時數據從至少一個發酵單元通過數據采集單元傳送至云計算單元以針對在線用戶進行解釋和顯示，并且其中系統設置使一個或多個發酵過程的在線實時數據的測量能夠在至少一個發酵單元和/或數據采集單元中進行，

-其中系統設置還包括：

一個或多個實驗室模擬平臺和/或全規模過程，其包括與云計算單元數據連接的所述至少一個發酵單元；

并且其中數據采集單元連接至云計算單元，使得所有數據采集、數據解釋和數據存儲集中在云計算單元上進行。

在更詳細地討論本發明以前，可進一步解釋并討論上述一些定義。

“發酵單元”可例如構成根據本發明的生物反應器，如圖1所示。

“云計算”表示使用基于網絡的計算資源，其中計算時間和計算能力來自外部來源。單詞“云”是指所用的具體硬件和軟件。這意味著用戶不一定需要他們自己的硬件組，從而節省了時間和金錢。此外，表達“云計算單元”在使用的能力和手段方面還可以被視為“遠程服務器”。

“數據庫”是硬件和網站之間的中介者。此處，存儲原始樣品數據、事件數據、日志數據、儀器數據(不同狀態、儀器上次連接的時間等)。使用標準軟件允許數據庫容易地遷移到另一位置(如果需要的話)。