申請(qǐng)日2014.01.13

　　公開(公告)日2017.04.19

　　IPC分類號(hào)G01N7/20

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種厭氧污泥產(chǎn)沼氣活性的快速測定方法，即采用污泥最大比產(chǎn)氣速率表征其活性。本發(fā)明方法的建立有助于培養(yǎng)高活性污泥、篩選不同性質(zhì)的污泥等。本發(fā)明方法特點(diǎn)是將厭氧污加入發(fā)酵瓶中并與瓶中底物混合均勻，將發(fā)酵瓶放入恒溫水槽中，在30～35℃及攪拌條件下，厭氧污泥與發(fā)酵底物充分接觸并反應(yīng)，產(chǎn)生的沼氣經(jīng)干燥后記錄其體積，繪制沼氣累積體積與時(shí)間的關(guān)系曲線圖并計(jì)算最大比產(chǎn)氣速率。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種厭氧污泥產(chǎn)沼氣活性的測定方法，其測定步驟包括：將一定量的厭氧污泥加入發(fā)酵瓶中，與發(fā)酵瓶中底物混合均勻，將發(fā)酵瓶放入恒溫水槽中，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，溫度控制在30～35℃;保持條件，使厭氧污泥與發(fā)酵底物充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沼氣;沼氣干燥后進(jìn)入集氣瓶，將集氣瓶中的飽和NaHCO3壓入計(jì)量瓶，通過對(duì)計(jì)量瓶讀數(shù)測量并記錄所產(chǎn)生的沼氣體積;其特征在于根據(jù)所得數(shù)據(jù)，繪制沼氣累積產(chǎn)量與時(shí)間的關(guān)系曲線圖，計(jì)算該污泥的最大比產(chǎn)氣速率Umax·gas，采用最大比產(chǎn)氣速率這一特定術(shù)語來表示污泥的活性，Umax·gas的計(jì)算公式如下式中，VR-反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)容積，單位為L;X-飽和微生物濃度，單位為gVSS/L;Vgas-反應(yīng)開始后的累積產(chǎn)氣量，單位為mL;T0-273.15K;T1-試驗(yàn)溫度，單位為K。

　　2.一種如權(quán)利要求1所述厭氧污泥產(chǎn)沼氣活性的測定方法所采用的測定裝置，其特征在于，它是由消化瓶、氣體收集瓶、干燥管、計(jì)量瓶、橡膠管和恒溫水槽組成;所述干燥管連接在消化瓶和氣體收集瓶之間，用于除去沼氣中的水分;所述氣體收集瓶內(nèi)盛有飽和NaHCO3溶液，用于降低沼氣中的CO2在液體中的溶解度，提高沼氣測量精度。

　　說明書

　　一種厭氧污泥產(chǎn)沼氣活性的測定方法及測定裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種厭氧污泥產(chǎn)沼氣活性的測定方法，屬于厭氧消化器接種污泥質(zhì)量測定技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　目前，國內(nèi)大中型沼氣工程通常存在啟動(dòng)周期較長、啟動(dòng)前負(fù)荷較低等問題，已對(duì)沼氣工業(yè)的健康快速發(fā)展形成了制約瓶頸，而厭氧污泥活性的變化能在一定程度上反映出某種抑制性因素或是非降解性和難降解性有機(jī)物在污泥中的積累。因此，尋求一種快速準(zhǔn)確的檢測出厭氧污泥活性的方法迫在眉睫。此種方法的建立有助于培養(yǎng)高活性污泥、篩選不同性質(zhì)的污泥，進(jìn)而可以有效縮短沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間以及為不同類別微生物群落構(gòu)成研究奠定基礎(chǔ)等。

　　對(duì)于厭氧污泥活性的檢測，目前多數(shù)采用最大比產(chǎn)甲烷速率來表征。在此方法中，參考沼氣發(fā)酵階段性產(chǎn)物的主要化學(xué)成分，采用固定配比的多種有機(jī)酸混合物作為污泥活性測試底物，這雖然有助于提升測定方法的穩(wěn)定性和一致性，但并不能真實(shí)反映測試污泥在整個(gè)沼氣發(fā)酵周期的產(chǎn)氣活力，而是僅僅代表了其產(chǎn)甲烷的活性。因?yàn)�，�?duì)于一些富含纖維素的發(fā)酵底物，其水解過程是發(fā)酵的限速步驟，有機(jī)酸代謝產(chǎn)甲烷步驟很大程度上受到水解過程的制約，故用該方法測定的結(jié)果不能完全表征污泥對(duì)整個(gè)發(fā)酵過程的活性。另外，采用該方法會(huì)導(dǎo)致針對(duì)同種污泥的檢測活性相同，但實(shí)際應(yīng)用上對(duì)不同底物表現(xiàn)出的產(chǎn)沼氣活性可能不盡相同，即針對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用中不同性質(zhì)底物，以特定成分有機(jī)酸為底物的測定方法無法準(zhǔn)確判斷污泥對(duì)實(shí)際底物的作用效果。因此，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該通過科學(xué)、準(zhǔn)確地污泥活性測定方法建立不同性質(zhì)底物的污泥活性數(shù)據(jù)庫來解決應(yīng)用中存在的各種問題。為此，本發(fā)明提出一種新型厭氧污泥產(chǎn)沼氣活性的測定方法,即通過測定污泥的最大比產(chǎn)氣速率來表征污泥活性，此方法的提出可以使上述問題得到很好地解決。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種新型厭氧污泥產(chǎn)沼氣活性的快速測定方法，以便在簡單的實(shí)驗(yàn)操作條件下和較短時(shí)間內(nèi)能夠準(zhǔn)確獲得厭氧污泥針對(duì)特定底物的活性指標(biāo)。

　　本發(fā)明名稱為一種厭氧污泥產(chǎn)沼氣活性的測定方法，其內(nèi)容包括：

　　測定污泥與底物混合后在厭氧發(fā)酵過程中的沼氣產(chǎn)量，具體操作方法為：將一定量的厭氧污泥加入發(fā)酵瓶中，與發(fā)酵瓶中底物混合均勻，將發(fā)酵瓶放 入恒溫水槽中，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，溫度控制在30～35℃;保持條件，使厭氧污泥與發(fā)酵底物充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沼氣;沼氣干燥后進(jìn)入集氣瓶，將集氣瓶中的飽和NaHCO3壓入計(jì)量瓶，通過對(duì)計(jì)量瓶讀數(shù)測量并記錄所產(chǎn)生的沼氣體積。

　　根據(jù)所得數(shù)據(jù)，繪制沼氣累積產(chǎn)量與時(shí)間的關(guān)系曲線圖;計(jì)算表征該污泥產(chǎn)沼氣活性的最大比產(chǎn)氣速率值Umax·gas，公式如下

　　式中，VR-反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)容積，單位為L;X-飽和微生物濃度，單位為gVSS/L;Vgas-反應(yīng)開始后的累積產(chǎn)氣量，單位為mL;T0-273.15K;T1-試驗(yàn)溫度，單位為K。

　　本發(fā)明測定方法涉及的原理及Umax·gas公式推導(dǎo)如下：由莫納方程U=Umax·S/(Ks+S)可得出如下的表達(dá)式：式中，S-基質(zhì)濃度，單位為g/L;t-時(shí)間，單位為h;Umax-基質(zhì)的最大比降解速率，單位為h-1;X-飽和微生物濃度，單位為gVSS/L;Ks-飽和常數(shù)，單位為g/L。

　　由于厭氧條件下，污泥凈產(chǎn)率系數(shù)很小，在反應(yīng)啟動(dòng)階段，發(fā)酵瓶中微生物濃度X較高，而微生物增量ΔX遠(yuǎn)小于X，處理數(shù)據(jù)時(shí)可近似的認(rèn)為X不變。在厭氧系統(tǒng)中，啟動(dòng)階段底物水解較快，產(chǎn)氣速率與基質(zhì)降解速率成正比，由此可得：式中，Vgas-反應(yīng)開始后的累積產(chǎn)氣量，單位為mL;Yg-基質(zhì)對(duì)氣體的轉(zhuǎn)化系數(shù)，單位為mL氣體/gVS基質(zhì);VR-反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)容積，單位為L。

　　由上述兩式可知：發(fā)酵啟動(dòng)階段，基質(zhì)濃度較高，S>>Ks，Ks可忽略不計(jì)。原式可化簡為：令Umax·gas=YgUmax可得到最大比產(chǎn)氣速率為：實(shí)際計(jì)算中，忽略實(shí)驗(yàn)環(huán)境的大氣壓與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓的偏差，考慮溫度對(duì)氣體體積的影響，上式可變?yōu)椋?式中，T1-試驗(yàn)溫度，單位為K;T0-273.15K。

　　在反應(yīng)啟動(dòng)階段，由于底物充足，由米氏方程可知，在一段時(shí)間內(nèi)反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)，比產(chǎn)氣速率為常數(shù)，數(shù)值等于最大比產(chǎn)氣速率。常數(shù)Umax·gas表示厭氧微生物降解底物產(chǎn)沼氣的最大能力。對(duì)于同一基質(zhì)，Umax·gas越大，該厭氧污泥的產(chǎn)沼氣活性越強(qiáng)。用Umax·gas可以比較不同厭氧污泥在同樣環(huán)境條件下的產(chǎn)沼氣活性，也可比較同一厭氧污泥在不同環(huán)境(如不同溫度)的活性，測定同一厭氧污泥利用不同底物時(shí)的Umax·gas，可以評(píng)價(jià)它降解不同底物的能力， Umax·gas大則底物降解速率快，反之較慢。

　　“一種厭氧污泥活性的測定方法”所采用的測定裝置是由發(fā)酵瓶、集氣瓶、干燥管、計(jì)量瓶、橡膠管和恒溫水槽組成;其連接方式為裝有厭氧污泥及底物的發(fā)酵瓶放置于恒溫水槽中;在其一側(cè)設(shè)有干燥管，發(fā)酵瓶口設(shè)有一橡膠管與干燥管一端相連，干燥管另一端連接集氣瓶，集氣瓶內(nèi)盛有飽和NaHCO3;集氣瓶底端設(shè)有一橡膠管與計(jì)量瓶相連接，通過計(jì)量瓶讀數(shù)測出所產(chǎn)沼氣的體積。