一種測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲烷潛力的裝置和方法
【專利說明】-種測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲燒潛力的裝置和方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)及有機(jī)固體廢棄物厭氧消化技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種測定有機(jī)固體廢棄物 生化產(chǎn)甲燒潛力的裝置和方法。 【【背景技術(shù)】】
[000引隨著可再生能源需求的增加，利用厭氧消化技術(shù)處理有機(jī)垃圾、畜禽糞便、枯桿、 能源作物等有機(jī)廢棄物生產(chǎn)清潔能源沼氣的工藝技術(shù)得到廣泛運(yùn)用。厭氧發(fā)酵工藝設(shè)計 時，生化產(chǎn)甲燒潛力是衡量其可行性的重要的工具，同時生化產(chǎn)甲燒潛力還可提供厭氧發(fā) 酵的動力學(xué)參數(shù)，是評價厭氧消化過程優(yōu)劣的重要參數(shù)。
[0003] 目前，常用的生化產(chǎn)甲燒潛力的測定方法，按照發(fā)酵裝置及氣體體積收集計量方 式不同可分為排水法、針筒法與測壓法。
[0004] 1)排水法：該方法一般用發(fā)酵裝置中產(chǎn)生氣體擠壓計量瓶中的水流入量筒中，來 計量氣體的體積。該方法操作程序簡單易實(shí)施，裝置結(jié)構(gòu)簡單易搭建，維護(hù)成本低。但該方 法在實(shí)施過程中存在W下問題；（1)由于考慮氣體管路裝置的密封性，一般采用靜態(tài)發(fā)酵， 該容易造成固體廢物在厭氧發(fā)酵過程不能在厭氧體系中均勻分布；（2)排水過程中收集瓶 中的液體的容易虹吸作用，從而造成該方法對氣體體積計量誤差較大，實(shí)驗(yàn)精度低；（3)該 方法需定期向排水容器中補(bǔ)充水，增加了操作者勞動；(4)該方法采集氣體樣品困難，難W 進(jìn)行氣體組分測定；（5)裝置復(fù)雜，體積較大，包括發(fā)酵瓶、集氣瓶W及體積計量裝置，不利 于進(jìn)行大量樣品測定。W上原因造成該方法試驗(yàn)誤差較大，精度不高，而且費(fèi)時費(fèi)力。
[0005] 2)針筒法：該方法采用大注射器作為發(fā)酵裝置與氣體收集裝置，整個裝置放置于 固定的恒溫轉(zhuǎn)盤中，通過注射器活塞移動距離來計量氣體體積。如德國生物質(zhì)能源研究中 屯、值BF幻推薦的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是操作起來簡單省工，發(fā)酵底物混合混勻。但在實(shí)施 過程中，該方法存在W下問題：（1)針筒的完全密封比較困難；（2)由于針筒體積有限，針筒 活塞移動距離不能過大，因而使得發(fā)酵底物的添加量有限，試驗(yàn)的均勻性與代表性不強(qiáng)，試 驗(yàn)精度低；（3)該方法氣體樣品采集困難，沼氣組分難W測定。
[0006] 3)測壓法；該方法一般將厭氧發(fā)酵過程與氣體收集過程集中在一個裝置中，采用 手持便攜式壓力表計量氣體壓力氣體壓力，然后由氣體狀態(tài)方程計算氣體體積。該方法試 驗(yàn)重現(xiàn)性好，精度高，氣體樣品采集容易。但在實(shí)際實(shí)施中，由于需要用手持氣體壓力表計 量氣體壓力，而且需周期性釋放發(fā)酵裝置中計量器的混合氣體，對操作者來說費(fèi)時費(fèi)力。同 時，由于每次試驗(yàn)中需要多次用針頭穿透密封瓶口用的橡膠塞，使得該方法對橡膠塞的質(zhì) 量要求很高，價格昂貴。W上原因使得該方法的推廣受限。
[0007] 同時，在試驗(yàn)中，有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲燒潛力測試過程中受許多因素影響。如 例如接種物與底物的添加比例，底物粒徑，有機(jī)負(fù)荷，接種物的預(yù)培養(yǎng)時間，環(huán)境條件，厭氧 發(fā)酵的緩沖體系等。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[000引本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制作安裝方便、造價低 廉、易于實(shí)施與控制、試驗(yàn)精度高的測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲燒潛力的裝置和方法，該 裝置采用可控性強(qiáng)的關(guān)鍵試驗(yàn)程序控制試驗(yàn)條件和科學(xué)可靠的計算方法，實(shí)現(xiàn)對特定有機(jī) 固體廢棄物的生化產(chǎn)甲燒潛力精確測定。
[0009] 本發(fā)明技術(shù)方案；
[0010] 一種測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲燒潛力的裝置，包括電熱恒溫箱罩、電熱恒溫 箱底座、厭氧發(fā)酵裝置、磁力攬拌盤、溫度控制器和磁力攬拌盤控制器，電熱恒溫箱罩為矩 形無底透明箱罩，頂蓋上設(shè)有兩個廢氣排放口；電熱恒溫箱底座為矩形封閉盒體，磁力攬拌 盤位于電熱恒溫箱底座上，厭氧發(fā)酵裝置設(shè)于磁力攬拌盤上，電熱恒溫箱罩密封扣于電熱 恒溫箱底座上，溫度控制器和磁力攬盤控制器設(shè)于電熱恒溫箱底座內(nèi)；厭氧發(fā)酵裝置由高 棚娃玻璃瓶、密封螺口瓶蓋、精密氣體壓力計、金屬導(dǎo)氣管、單向氣體閥口組成，高棚娃玻璃 發(fā)酵瓶通過密封瓶蓋密封，兩支金屬導(dǎo)氣管分別垂直固定于密封瓶蓋上并用橡膠墊與氣密 膠密封，其中一支金屬導(dǎo)氣管上端與精密氣體壓力計連接并設(shè)有單向氣體閥，另外一支金 屬導(dǎo)氣管上端為排氣口并設(shè)有單向氣體閥，磁力攬拌轉(zhuǎn)子設(shè)置于高棚娃玻璃發(fā)酵瓶底部。
[0011] 所述厭氧發(fā)酵裝置數(shù)量為12-36個。
[0012] 一種利用所述裝置測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲燒潛力的方法，步驟如下：
[001引 1)完成上述裝置的連接，并對該裝置進(jìn)行氣密性檢查，緊貼蓋子處導(dǎo)管套0型橡 膠圈，并用氣密膠密封；
[0014] 2)接種物選擇與預(yù)處理
[0015] 選擇與待測有機(jī)固體廢棄物性質(zhì)相近且運(yùn)行良好的沼氣池的厭氧污泥作為接種 物，并用l-2mm孔徑的篩網(wǎng)對接種物進(jìn)行過濾，然后放置于試驗(yàn)發(fā)酵溫度相同的培養(yǎng)箱中 預(yù)培養(yǎng)5-10天，活化污泥并進(jìn)一步消耗接種物中的營養(yǎng)物質(zhì)；
[0016] 3)厭氧發(fā)酵體系的配置
[0017] W揮發(fā)性固體含量（V巧為基準(zhǔn)，使用預(yù)培養(yǎng)好的的接種污泥與待測有機(jī)固體廢 棄物配置厭氧發(fā)酵體系，為防止待測有機(jī)固體廢棄物中營養(yǎng)物質(zhì)不均衡而引起的厭氧發(fā)酵 體系不穩(wěn)定現(xiàn)象，接種物與待測有機(jī)固體廢棄物的添加比例設(shè)置為2:1，整個厭氧發(fā)酵體系 占據(jù)厭氧發(fā)酵玻璃瓶總?cè)莘e的60-75%，其余體積用于收集厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣氣體。為了 消除接種物產(chǎn)生的沼氣對最終結(jié)果的影響，試驗(yàn)設(shè)置不添加發(fā)酵底物的空白對照；同時為 了考察接種物的活性，試驗(yàn)設(shè)置陽性對照，陽性對照根據(jù)待測發(fā)酵底物性質(zhì)不同，設(shè)置纖維 素粉、脂肪或蛋白質(zhì)，W上所有處理均重復(fù)=次；
[001引4)厭氧環(huán)境體系的建立
[0019] 在蓋瓶蓋前，向高棚娃玻璃瓶中通入高純氮?dú)?，持續(xù)2-3分鐘，W置換瓶中頂空處 的空氣，形成無氧環(huán)境，然后梓緊瓶蓋，做好密封，放置到電熱培養(yǎng)中開始進(jìn)行厭氧發(fā)酵；
[0020] 5)氣體體積的計量及氣體組分的測定
[0021] 定期讀取精密氣體壓力計中的讀數(shù)，通過氣體狀態(tài)方程將所測壓力換算為標(biāo)準(zhǔn)狀 況下（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，0°c)氣體的體積，并用醫(yī)用注射器從厭氧瓶中移走2mL氣體于頂空進(jìn) 樣瓶中，用氣相色譜儀測定沼氣組分。直至產(chǎn)氣曲線的斜率趨于零時，停止試驗(yàn)。
[0022] 6)生化產(chǎn)甲燒潛力計算
[002引生化產(chǎn)甲燒潛力炬M巧計算公式（Nml/gV巧；
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲烷潛力的裝置，其特征在于：包括電熱恒溫箱 罩、電熱恒溫箱底座、厭氧發(fā)酵裝置、磁力攪拌盤、溫度控制器和磁力攪拌盤控制器，電熱恒 溫箱罩為矩形無底透明箱罩，頂蓋上設(shè)有兩個廢氣排放口；電熱恒溫箱底座為矩形封閉盒 體，磁力攪拌盤位于電熱恒溫箱底座上，厭氧發(fā)酵裝置設(shè)于磁力攪拌盤上，電熱恒溫箱罩密 封扣于電熱恒溫箱底座上，溫度控制器和磁力攪盤控制器設(shè)于電熱恒溫箱底座內(nèi)；厭氧發(fā) 酵裝置由高硼硅玻璃瓶、密封螺口瓶蓋、精密氣體壓力計、金屬導(dǎo)氣管、單向氣體閥門組成， 高硼硅玻璃發(fā)酵瓶通過密封瓶蓋密封，兩支金屬導(dǎo)氣管分別垂直固定于密封瓶蓋上并用橡 膠墊與氣密膠密封，其中一支金屬導(dǎo)氣管上端與精密氣體壓力計連接并設(shè)有單向氣體閥， 另外一支金屬導(dǎo)氣管上端為排氣口并設(shè)有單向氣體閥，磁力攪拌轉(zhuǎn)子設(shè)于高硼硅玻璃發(fā)酵 瓶底部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲烷潛力的裝置，其特征在于：所 述厭氧發(fā)酵裝置數(shù)量為12-36個。
3. -種利用權(quán)利要求1所述裝置測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲烷潛力的方法，其特征 在于步驟如下： 1) 完成上述裝置的連接，并對該裝置進(jìn)行氣密性檢查，緊貼蓋子處導(dǎo)管套〇型橡膠圈， 并用氣密膠密封； 2) 接種物選擇與預(yù)處理 選擇與待測有機(jī)固體廢棄物性質(zhì)相近且運(yùn)行良好的沼氣池的厭氧污泥作為接種物，并 用1-2_孔徑的篩網(wǎng)對接種物進(jìn)行過濾，然后放置于試驗(yàn)發(fā)酵溫度相同的培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng) 5-10天，活化污泥并進(jìn)一步消耗接種物中的營養(yǎng)物質(zhì)； 3) 厭氧發(fā)酵體系的配置 以揮發(fā)性固體含量（VS)為基準(zhǔn)，使用預(yù)培養(yǎng)好的的接種污泥與待測有機(jī)固體廢棄物 配置厭氧發(fā)酵體系，為防止待測有機(jī)固體廢棄物中營養(yǎng)物質(zhì)不均衡而引起的厭氧發(fā)酵體系 不穩(wěn)定現(xiàn)象，接種物與待測有機(jī)固體廢棄物的添加質(zhì)量比設(shè)置為2:1，整個厭氧發(fā)酵體系占 據(jù)厭氧發(fā)酵玻璃瓶總?cè)莘e的60-75%，其余體積用于收集厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣氣體，為了消 除接種物產(chǎn)生的沼氣對最終結(jié)果的影響，試驗(yàn)設(shè)置不添加發(fā)酵底物的空白對照；同時為了 考察接種物的活性，試驗(yàn)設(shè)置陽性對照，陽性對照根據(jù)待測發(fā)酵底物性質(zhì)不同，設(shè)置纖維素 粉，以上所有處理均重復(fù)三次； 4) 厭氧環(huán)境體系的建立 在蓋瓶蓋前，向高硼硅玻璃瓶中通入高純氮?dú)猓掷m(xù)2-3分鐘，以置換瓶中頂空處的空 氣，形成無氧環(huán)境，然后擰緊瓶蓋，做好密封，放置到電熱培養(yǎng)中開始進(jìn)行厭氧發(fā)酵； 5) 氣體體積的計量及氣體組分的測定 定期讀取精密氣體壓力計中的讀數(shù)，通過氣體狀態(tài)方程將所測壓力換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下 (標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，〇°C )氣體的體積，并用醫(yī)用注射器從厭氧瓶中移走2mL氣體于頂空進(jìn)樣瓶 中，用氣相色譜儀測定沼氣組分。直至產(chǎn)氣曲線的斜率趨于零時，停止試驗(yàn)； 6) 生化產(chǎn)甲烷潛力計算 生化產(chǎn)甲烷潛力（BMP)計算公式（Nml/gVS):
Pi :添加發(fā)酵底物的厭氧瓶中氣體壓力，單位為kPa ; Ci :添加發(fā)酵底物的厭氧瓶中甲烷濃度，單位為％ ; Pj :不添加發(fā)酵底物（空白對照）的厭氧瓶中氣體壓力，單位為kPa ; Cj :不添加發(fā)酵底物（空白對照）的厭氧瓶中甲烷濃度，單位為％ ; 101. 325 :為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氣壓數(shù)，單位為kPa ; T:厭氧發(fā)酵溫度，單位為°〇； m:為發(fā)酵底物的揮發(fā)性固體（VS)質(zhì)量，單位為g。
【專利摘要】一種測定有機(jī)固體廢棄物生化產(chǎn)甲烷潛力的裝置及方法，該裝置包括電熱恒溫箱罩、電熱恒溫箱底座、厭氧發(fā)酵裝置、磁力攪拌盤、溫度控制器和磁力攪拌盤控制器；測定方法步驟如下：裝置的連接和氣密性的檢查、接種物選擇與預(yù)處理、厭氧發(fā)酵體系的配置、厭氧環(huán)境體系的建立、氣體體積的計量及氣體組分的測定、生化產(chǎn)甲烷潛力計算。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該裝置結(jié)構(gòu)簡單、易制作安裝、使用壽命長、占地面積小、適用強(qiáng)；測定方法精確可靠、重復(fù)性好、測定過程易于操作。
【IPC分類】G01N30-02, G01N33-00
【公開號】CN104880540
【申請?zhí)枴緾N201510320896
【發(fā)明人】梁軍鋒, 杜連柱, 翟中葳, 張克強(qiáng), 楊鵬
【申請人】農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月11日