[发明专利]一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵技术领域，具体涉及一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置。

背景技术

沼气发酵技术处理有机废弃物可达到环境保护与能源回收的双重效果，从而实现废弃物的资源化、无害化，因此广泛应用于废水处理、畜禽粪便处理、农业固体废弃物处理等。据相关统计资料显示，截止到2011年6月，仅北京市累计建成大中型沼气工程259个，总投资4.3亿元，其中：大中型沼气集中供气工程120个，年产沼气能力为1668万立方米，实现供气村132个，受益农户4万户；规模化养殖场粪污沼气综合利用工程139处。

沼气发酵过程是由多种微生物参与，分阶段有序进行的生化代谢过程。其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、水力停留时间(HRT)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，此时若系统缓冲能力过低，碱度不足以中和产生的有机酸，会导致酸抑制甚至酸败现象，最终导致厌氧发酵系统失稳。一旦系统发生严重的失稳，重新恢复不仅需要较大的人力、物力，而且需要较长的时间，甚至无法恢复，这对于连续供气的沼气工程无疑是很大的损失。

目前沼气工程普遍采用监测pH值、甲烷产率等常规指标表征发酵稳定性，虽然这些指标易于监测，但由于厌氧发酵体系的缓冲作用，仅靠监测上述常规指标是远远不够的，挥发性脂肪酸(VFA)、碳酸氢盐碱度(TIC)和VFA/TIC可以准确判断出厌氧发酵体系的缓冲能力，从而更直接可靠地反映系统的稳定性。厌氧发酵系统中，常用的VFA的测定方法有滴定法、蒸馏法、比色法和气相色谱法等，碳酸氢盐碱度的测定方法有滴定法和分光光度法等。这些方法多数只能对挥发性有机酸和碳酸氢盐碱度进行分别检测，且对仪器成本和操作人员的知识水平和操作规程要求较高，直接限制了实际沼气工程的推广应用。

对于投资巨大、经济效益预期较高的大中型沼气工程，稳定的发酵过程是至关重要的，然而pH值、甲烷产率等常规指标不能直接准确地反映系统的缓冲能力，对系统的稳定性判断具有滞后性，因此有必要研究选用直接可靠判断发酵过程缓冲能力的及时反馈预警沼气工程稳定性的指标--挥发性脂肪酸和碳酸氢盐碱度，有必要研究一套可以精确测定厌氧发酵液的挥发性脂肪酸质量浓度和碳酸氢盐碱度的装置，从而为沼气工程的稳定运行与监测预警提供技术支持。

发明内容

经国内外文献检索，未见主要技术特征与本发明一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置主要技术特征相同的文献报道，本发明因此提供一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置。

本发明一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，包括电源模块、人机交换模块、数据采集模块、驱动传动模块、吸液/滴液模块，其特征在于电源模块包括交流转直流稳压电源(1)，人机交换模块包括计算机(2)，数据采集模块包括数据采集卡(6)、变送器(7)、pH电极(11)、传感器卡盘(10)、升降杆(12)和电动升降机(13)，驱动传动模块包括运动控制器(3)、驱动器(4)、电控平移台(5)和活塞推杆(8)，吸液/滴液模块包括滴定管(17)、三通电磁换向阀(19)、输液管(20)、滴头(22)、滴定池(23)、磁力搅拌器(14)、透气管(26)、补液瓶(28)和补液瓶橡胶塞(27)。

本发明的自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，其特征在于其中的计算机(2)带有应用程序和驱动程序，滴定过程和终点判断由计算机应用程序自动控制。

本发明的自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，其特征在于所述的滴定管(17)包括滴定管柱塞(15)、滴定管内保护套(16)和滴定管外罩(18)且三者同轴心，三通电磁换向阀(19)的开闭由计算机应用程序自动精确控制，吸液后间隙自动补偿，脉冲信号A/D转换值与滴定管(17)发送体积值准确对应。

本发明的自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，其特征在于所述的磁力搅拌器(14)置于滴定池(23)下方，磁力搅拌器(14)的搅拌转速根据样品的自身特性由计算机应用程序精确设定实现自动无极调速。

本发明的自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，其特征在于所述的电控平移台(5)包括步进电机、多级传动齿轮、刚性联轴器、传动丝杠和滑块，通过多级传动齿轮、刚性联轴器、传动丝杠、滑块和活塞推杆(8)，将步进电机的圆周运动转化为滴定管柱塞(15)的直线运动，滑块、活塞推杆(8)及滴定管柱塞(15)三者为刚性链接，上、下限位由定位准确的光电开关和计算机应用程序软件限位同步限位。