[發明專利]一種測定厭氧消化出水中揮發性脂肪酸的微生物電化學庫倫方法

有效

• 申請號: 202010670670.X
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN111855786B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 劉鴻;馬惟奇;王宗萍;高陽陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G01N27/42
• 分類號: G01N27/42;C02F3/28;C02F101/30
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種測定厭氧消化出水中揮發性脂肪酸的微生物電化學庫倫方法，屬于水質監測技術領域。該方法基于微生物電化學系統，利用庫倫密度和揮發性脂肪酸濃度的線性關系對厭氧消化出水中揮發性脂肪酸進行測定。通過采用外電路連有外電阻及電壓采集裝置的雙室空氣陰極微生物燃料電池，在測定時只需要將待測水樣注入空白陽極溶液，記錄待測水樣體積并由電壓采集裝置自動采集電壓，然后分析數據即可，操作較為簡單。且微生物燃料電池日常運行及維護只需要更換陽極溶液及陰極溶液，成本較低。微生物燃料電池構造簡單，只需要在恒溫培養箱中運行，對設備的要求低。微生物燃料電池具有外部電路，能實時輸出電信號，可以與其它在線分析設備結合，實現在線監測。

技術領域

本發明屬于水質監測技術領域，具體涉及一種測定厭氧消化出水中揮發性脂肪酸的微生物電化學庫倫方法。

背景技術

厭氧消化是非常重要的廢水及廢棄物處理技術，可以使有機物轉化為甲烷并用于燃燒或者發電，從而實現資源和能源的回收利用。揮發性脂肪酸是厭氧消化過程中十分重要的中間產物，揮發性脂肪酸的濃度能夠反映出厭氧消化過程中甲烷菌的狀態或者反應條件的變化，出水的揮發性脂肪酸是厭氧消化過程中的重要控制指標。目前測定厭氧消化過程中揮發性脂肪酸的方法主要有蒸餾-滴定法、氣相色譜法、液相色譜法等。其中，蒸餾-滴定法需要在酸性條件下將水樣中的揮發性脂肪酸蒸餾出來再用氫氧化鈉溶液進行滴定，這種方法對操作的要求較高、準確性較差、難以實現在線監測。氣相色譜法、液相色譜法等色譜技術需要利用設備分離揮發性脂肪酸然后結合檢測器進行分析，這些方法的運行及維護成本較高、對設備要求較高、難以實現在線監測。因此，急需一種操作簡單、運行及維護成本較低、對設備要求較低、適用于在線監測的厭氧消化出水中揮發性脂肪酸的測定方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種測定厭氧消化出水中揮發性脂肪酸的微生物電化學庫倫方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種測定厭氧消化出水中揮發性脂肪酸的微生物電化學庫倫方法，所述方法基于微生物電化學系統，利用庫倫密度和揮發性脂肪酸濃度的線性關系對厭氧消化出水中揮發性脂肪酸進行測定。

優選的，所述方法如下：

(1)采用外電路連有外電阻及電壓采集裝置的雙室空氣陰極微生物燃料電池，向空白陽極溶液中加入揮發性脂肪酸，分別配制一系列具有相同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液，將各具有相同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液處理至厭氧狀態后分別加入相應所述電池陽極室中，將陰極溶液分別加入相應所述電池陰極室中，再分別加入微生物菌液后保持封閉厭氧狀態，啟動相應所述電池；

(2)向空白陽極溶液中加入揮發性脂肪酸，分別配制一系列具有不同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液，將各具有不同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液處理至厭氧狀態后分別加入相應步驟(1)中啟動后的電池陽極室中，保持封閉厭氧狀態，運行后以注入各具有不同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液后相應電池的首個輸出電壓作為測定起點，以相應電池運行后期基本保持不變的輸出電壓作為測定終點，依次通過公式I、II分別計算相應電池的庫倫量Q和庫倫密度，繪制庫倫密度與揮發性脂肪酸濃度的標準曲線，獲得庫倫密度與揮發性脂肪酸濃度的線性方程；

式I、II中，U為采集的電壓，V；

R為外電阻，Ω；

t為測定時間，s；

V_An為陽極室水樣體積，L；

(3)將待測水樣加入空白陽極溶液處理至厭氧狀態后置于步驟(1)中啟動后的電池陽極室中，參照步驟(2)中的方法，獲得庫倫密度，將所述庫倫密度代入步驟(2)中線性方程，獲得所述待測水樣中揮發性脂肪酸濃度。