一種生物質生化產甲烷潛力測定裝置及其操作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于生物質生化產甲烷潛力測定的裝置及其操作方法，屬于環境工程中資源化【技術領域】。該生化產甲烷潛力測定的裝置由厭氧消化部分、氣體收集部分、物料取樣部分組成，其中厭氧消化部分包括厭氧消化瓶、恒溫和攪拌系統；氣體收集部分包括出氣口、單向閥、氣管、氣體體積計量計和氣體收集袋；物料取樣部分包括取物料口、取樣管、閥門。本發明適用于生物質厭氧消化試驗研究，包括生物質厭氧消化潛力、生物質厭氧消化機理等方面。
【專利說明】一種生物質生化產甲烷潛力測定裝置及其操作方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物質生化產甲燒潛力（biochemicalmethanepotential,BMP)的測 定，特別地涉及一種生化產甲烷潛力的測定裝置，屬于環境工程中資源化【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 隨著化石燃料的日益緊缺，生物質能等可再生能源成為未來人們獲得能源的新方 向。利用生物質、有機廢棄物中的有機物進行厭氧發酵產生甲烷而進行生物質能轉化的技 術已得到長足發展，并日益成熟，得到了越來越廣泛的應用。為了設計和選用合適的厭氧消 化工藝，提高生物質能源生產的效率，首先需要了解作為原料的生物質的生化產甲烷潛力。
[0003] 目前，對有機物BMP的測定方法通常有兩種，其中：
[0004] 一種采用厭氧型瓦呼儀測定，其被廣泛應用于測定有機物的生物降解性和毒性， 但因為其需要比較高的操作技術，而且要求所分析樣品的粒徑很小，因此在測定生物質、有 機廢棄物等的BMP方面并無優勢，應用受到了一定的制約和影響。
[0005] 另一種源自于Owen在1979年提出來的方案，用血清瓶作為厭氧反應器，恒溫培養 接種厭氧微生物的待測樣品，通過產生的甲烷，計算其甲烷產率，從而衡量生物質、有機廢 棄物等的厭氧消化可行性。這種BMP測定裝置由于設備簡單，計量方便，在批量厭氧消化試 驗中應用較多，但存在著在試驗過程中集氣瓶中氣體壓力不斷變化而引起的消化氣計量誤 差，同時消化氣不儲存，氣體成分需要立即測定，無法實現多個樣品的大批量式實驗。且沒 有設置物料取樣點，無法監測消化過程中物料的特性變化，因此無法進一步地分析物料厭 氧消化的反應過程。
[0006] 針對采用血清瓶測定生物和有機廢棄物等生化產甲烷潛力存在的不足，目前已有 公司開發多種產品，例如瑞典BioprocessControl公司開發的AMPTSII、德國Ritter公h FermentationSystem)等。這些產品可以計量厭氧發酵過程中產生的氣體，并自帶攪拌系 統。然而，目前這些產品還存在一些不足：（1)產生的氣體不儲存，只是通過吸收二氧化碳 來計算產生氣體中甲烷的量；（2)攪拌系統不完善，只能一個方向攪拌。


【發明內容】

[0007] 本發明要解決的技術問題是提供一種能夠進行生物質或有機廢棄物生化產甲烷 潛力及機理分析的測定裝置。
[0008] 為了達到上述目的，本發明提供一種生物質生化產甲烷潛力的測定裝置，包括：厭 氧消化部分、氣體收集部分和物料取樣部分。厭氧消化部分包括厭氧消化瓶、恒溫和攪拌系 統；氣體收集部分包括出氣口、單向閥、氣管、氣體體積計量計和氣體收集袋；物料取樣部 分包括取物料口、取樣管、閥門。
[0009] 厭氧消化瓶體積可為100-1000ml，最佳為200-500ml。為了改善消化瓶中物料的 攪拌，在瓶壁上設2-4片檔板，檔板寬度與瓶直徑比為1 :4-10,最佳為1 :5-7。
[0010] 恒溫和攪拌系統可采用恒溫水浴或恒溫氣浴搖床或恒溫水浴與磁力攪拌器聯合 使用；
[0011] 出氣口和物料取樣口均設在厭氧消化瓶頂部。
[0012] 氣體收集袋的大小可根據厭氧消化瓶大小和消化物料產氣快慢而定。氣體收集袋 采用金屬咀鋁箔采氣袋最佳。
[0013] 其具體操作方法如下：
[0014] 1、當測試物料為液體或半固體時，直接將其含水率調節到70-100%，當物料為固 體時，先將進行粉碎，與水混合，將含水率調節到70-100%。
[0015] 2、將物料加入到厭氧消化瓶中，并接種厭氧消化污泥，加入的物料和接種厭氧消 化污泥的總體積占厭氧消化瓶體積的60-75%。測試物料體積與接種厭氧消化污泥的比例 可為10?1 :1，最佳為4?5 :1。測試物料與接種厭氧消化污泥混合液的起始pH值設置在 7. 0±0. 5。
[0016] 3、裝好測試物料的厭氧消化瓶蓋好蓋后，可放置在恒溫水浴搖床或恒溫氣浴搖床 中進行攪拌，或放置于恒溫水浴中，依靠磁力攪拌器進行攪拌。溫度可采用中溫和高溫，中 溫為35±2 ?C高溫為55±2尤攪拌速率在150?300轉/分鐘。
[0017] 4、在厭氧消化瓶蓋上設有一個排氣口和一個物料取樣口，排氣口在消化瓶中的出 口在物料液面上，而物料取樣口在消化瓶中的出口在物料液面下，接近瓶底約〇. 5-lcm。排 氣口的出氣口接一個單向閥，再通過氣管接與氣體計量計和氣體收集袋連接。物料取樣口 出口與一閥門相連，需要采樣時將采樣器與閥門連接好，再打開閥門，取完樣品，再將閥門 關閉。
[0018] 5、在物料厭氧消化過程中，定期從氣體體積計量計上記錄產生氣體體積，用氣相 色譜測定氣袋收集的氣體組成（如甲烷和二氧化碳），計算物料的厭氧消化產甲烷潛力，定 期取液體物料進行測定，探索物料厭氧消化產甲烷的機制。
[0019] 6、為保證不影響厭氧消化潛力測定的結果，每次物料的取樣量不超過物料本身的 5%。
[0020] 7、物料厭氧消化產甲烷潛力計算如下：
[0021] 實際的生物質物料的甲烷生成潛力按如下公式推算：

【權利要求】
1. 一種用于生物質生化產甲烷潛力測定的裝置及其操作方法，其特征在于，由厭氧消 化部分、氣體收集部分、物料取樣部分3部分組成；其中厭氧消化部分包括厭氧消化瓶、恒 溫和攪拌系統；氣體收集部分包括出氣口、單向閥、氣管、氣體體積計量計和氣體收集袋； 物料取樣部分包括取物料口、取樣管、閥門。
2. 如權利要求1所述的測定裝置，其特征在于，厭氧消化瓶體積可為100-1000ml，最佳 為 200-500ml。
3. 如權利要求1所述的測定裝置，其特征在于，厭氧消化瓶的瓶壁上設2-4片檔板，檔 板寬度與瓶直徑比為1 :4_10,最佳為1 :5-7。
4. 如權利要求1所述的測定裝置，其特征在于，加入到厭氧消化瓶中物料和接種厭氧 消化污泥的總體積占厭氧消化瓶體積的60-75% ;測試物料體積與接種厭氧消化污泥的比 例可為10?1 :1，最佳為4?5 :1。
5. 如權利要求1所述的測定裝置，其特征在于，厭氧消化瓶通過單向閥與氣體收集袋 相連。
6. 如權利要求1所述的測定裝置，其特征在于，用于收集產氣的氣體收集袋大小根據 厭氧消化瓶大小和消化物料產氣快慢而定。
7. 如權利要求1所述的測定裝置，其特征在于，物料取樣部分可用于探索物料厭氧消 化產甲烷的機制。
【文檔編號】G01N33/00GK104330536SQ201410659526
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】劉俊新, 李美艷, 肖本益 申請人:中國科學院生態環境研究中心