[發明專利]一種在線監控預警厭氧發酵過程的裝置及方法

在審

• 申請號: 201810312125.6
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN110361551A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 王雯;石耀威;劉廣青;蘇本生;毛開偉
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N35/00
• 分類號: G01N35/00;G01N30/06
• 代理公司: 北京志霖律師事務所 11575
• 代理人: 張文祎

本發明公開了一種在線監控預警厭氧發酵過程的裝置及方法，裝置包括樣品采集系統、樣品處理系統、藥劑投加系統、氣體收集與進樣系統、數據采集系統及自動控制系統；所述樣品采集系統和藥劑投加系統分別通過管道連通到樣品處理系統；所述樣品處理系統通過管道依次連接氣體收集與進樣系統連接和數據采集系統；所述自動控制系統通過數據傳輸線控制樣品采集系統、樣品處理系統、藥劑投加系統、氣體收集與進樣系統及數據采集系統各部件的運行。該裝置把蒸餾法與氣相色譜法相結合，實現了蒸餾?氣相色譜法進行在線揮發酸檢測，即避免了蒸餾法結果不準，色譜法繁瑣步驟等缺點，又能監控厭氧發酵中揮發酸總量變化和揮發酸中各組分含量的變化。

技術領域

本發明屬于在線預警系統裝置及方法，尤其是涉及一種在線監控預警厭氧發酵過程的裝置及方法。

背景技術

厭氧發酵是一種環保有效的處理有機廢物同時生產沼氣的技術，在有機廢棄物領域得到了廣泛應用。然而，厭氧發酵過程的運行穩定性常常受到很多因素的影響，如原料性質、進水負荷、水力停留時等。這些因素發生變化時，發酵的水解酸化過程與產甲烷過程容易波動或失衡，引起酸敗的發生。例如，當進水負荷過高時，有機物在短時間內被水解產酸菌降解，產生的有機酸不能及時被產甲烷菌分解，會導致酸抑制甚至酸敗現象，最終導致厭氧發酵系統失穩。因此，對厭氧發酵進行在線監控預警決定著厭氧發酵系統運行的成敗。

揮發酸，或稱揮發性脂肪酸(VFA)，是厭氧發酵過程中產生的中間產物。通過對揮發酸量的監控可以直接、快速、準確的反應厭氧發酵過程的好壞，是在線監控預警的最佳指標。不僅揮發酸總量的變化能很好地反應厭氧發酵狀態，而且揮發酸中各種組分含量的比例也與厭氧發酵有很大關系。例如：揮發酸總濃度較高的沼氣系統，如果乙酸含量占很高的比例，說明系統運行正常；但是異丁酸、異戊酸占很高比例時，說明系統負荷過高，需要及時調整。Ahring,Hill以及Bolte等很多學者高度強調監控厭氧發酵過程中揮發性脂肪酸各組分含量的重要性。因此，厭氧發酵監控技術不僅要監控發酵過程中揮發酸總量的變化，還要監控揮發酸中各組分的變化。

目前，揮發酸常用檢測方法分為：滴定法、蒸餾法、比色法、氣相色譜法。

滴定法：直接用酸堿進行滴定，通過pH值變化判斷終點，根據酸堿消耗量計算揮發酸含量。其缺點是不適用于含固率高和緩沖能力強的情況，且不能測定揮發酸中各組分含量。

蒸餾法：把揮發酸蒸餾冷凝，然后加入指示劑，用堿液滴定，根據堿液消耗計算揮發酸含量。缺點是需要根據顏色變化人為判斷終點，人為因素影響較大，結果不準確，且不能測定揮發酸中各組分含量。

比色法：直接加入藥劑通過化學反應生成絡合物，然后利用分光光度計比色，根據標準曲線找出揮發酸含量。其缺點是不適用于高色度的情況，且不能測定揮發酸中各組分含量。

氣相色譜法：利用氣相色譜儀不僅檢測揮發酸總量，而且可以檢測各組分VFA含量。

滴定法，蒸餾法和比色法都只能監測揮發性脂肪酸總量，不能監測各個組分含量的變化。目前只有利用氣相色譜法才能監測揮發性脂肪酸各組分的變化，已知的氣相色譜監測方法大部分為離線檢測，需要工作人員先離心，加磷酸預處理樣品，然后再利用氣相色譜儀檢測。

目前，中國專利CN103364523A公開了一種揮發酸在線監控系統，該系統包括提取分配系統、滴定反應器、藥劑投加系統及自動控制系統。該裝置系統通過在線滴定法能實現無人工在線監控，但是由于其不能測定揮發酸中各組分含量變化，導致預警不準確，可能會導致判斷失誤；此外，在線滴定法對于高含固、高色度或者高緩沖能力的厭氧發酵不能使用，局限性較大；所以，為了更廣泛、更精確的對厭氧發酵進行預警，有必要研制出能精確地實時監控揮發酸總量和各組分含量變化的厭氧發酵在線預警裝置。