[发明专利]一种在线监控预警厌氧发酵过程的装置及方法

说明书

本发明公开了一种在线监控预警厌氧发酵过程的装置及方法，装置包括样品采集系统、样品处理系统、药剂投加系统、气体收集与进样系统、数据采集系统及自动控制系统；所述样品采集系统和药剂投加系统分别通过管道连通到样品处理系统；所述样品处理系统通过管道依次连接气体收集与进样系统连接和数据采集系统；所述自动控制系统通过数据传输线控制样品采集系统、样品处理系统、药剂投加系统、气体收集与进样系统及数据采集系统各部件的运行。该装置把蒸馏法与气相色谱法相结合，实现了蒸馏‑气相色谱法进行在线挥发酸检测，即避免了蒸馏法结果不准，色谱法繁琐步骤等缺点，又能监控厌氧发酵中挥发酸总量变化和挥发酸中各组分含量的变化。

技术领域

本发明属于在线预警系统装置及方法，尤其是涉及一种在线监控预警厌氧发酵过程的装置及方法。

背景技术

厌氧发酵是一种环保有效的处理有机废物同时生产沼气的技术，在有机废弃物领域得到了广泛应用。然而，厌氧发酵过程的运行稳定性常常受到很多因素的影响，如原料性质、进水负荷、水力停留时等。这些因素发生变化时，发酵的水解酸化过程与产甲烷过程容易波动或失衡，引起酸败的发生。例如，当进水负荷过高时，有机物在短时间内被水解产酸菌降解，产生的有机酸不能及时被产甲烷菌分解，会导致酸抑制甚至酸败现象，最终导致厌氧发酵系统失稳。因此，对厌氧发酵进行在线监控预警决定着厌氧发酵系统运行的成败。

挥发酸，或称挥发性脂肪酸(VFA)，是厌氧发酵过程中产生的中间产物。通过对挥发酸量的监控可以直接、快速、准确的反应厌氧发酵过程的好坏，是在线监控预警的最佳指标。不仅挥发酸总量的变化能很好地反应厌氧发酵状态，而且挥发酸中各种组分含量的比例也与厌氧发酵有很大关系。例如：挥发酸总浓度较高的沼气系统，如果乙酸含量占很高的比例，说明系统运行正常；但是异丁酸、异戊酸占很高比例时，说明系统负荷过高，需要及时调整。Ahring,Hill以及Bolte等很多学者高度强调监控厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸各组分含量的重要性。因此，厌氧发酵监控技术不仅要监控发酵过程中挥发酸总量的变化，还要监控挥发酸中各组分的变化。

目前，挥发酸常用检测方法分为：滴定法、蒸馏法、比色法、气相色谱法。

滴定法：直接用酸碱进行滴定，通过pH值变化判断终点，根据酸碱消耗量计算挥发酸含量。其缺点是不适用于含固率高和缓冲能力强的情况，且不能测定挥发酸中各组分含量。

蒸馏法：把挥发酸蒸馏冷凝，然后加入指示剂，用碱液滴定，根据碱液消耗计算挥发酸含量。缺点是需要根据颜色变化人为判断终点，人为因素影响较大，结果不准确，且不能测定挥发酸中各组分含量。

比色法：直接加入药剂通过化学反应生成络合物，然后利用分光光度计比色，根据标准曲线找出挥发酸含量。其缺点是不适用于高色度的情况，且不能测定挥发酸中各组分含量。

气相色谱法：利用气相色谱仪不仅检测挥发酸总量，而且可以检测各组分VFA含量。

滴定法，蒸馏法和比色法都只能监测挥发性脂肪酸总量，不能监测各个组分含量的变化。目前只有利用气相色谱法才能监测挥发性脂肪酸各组分的变化，已知的气相色谱监测方法大部分为离线检测，需要工作人员先离心，加磷酸预处理样品，然后再利用气相色谱仪检测。

目前，中国专利CN103364523A公开了一种挥发酸在线监控系统，该系统包括提取分配系统、滴定反应器、药剂投加系统及自动控制系统。该装置系统通过在线滴定法能实现无人工在线监控，但是由于其不能测定挥发酸中各组分含量变化，导致预警不准确，可能会导致判断失误；此外，在线滴定法对于高含固、高色度或者高缓冲能力的厌氧发酵不能使用，局限性较大；所以，为了更广泛、更精确的对厌氧发酵进行预警，有必要研制出能精确地实时监控挥发酸总量和各组分含量变化的厌氧发酵在线预警装置。