電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置的製作方法

2023-05-10 14:00:21

本實用新型涉及汙水及汙泥資源化技術領域，特別涉及電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置。

背景技術：

厭氧消化是指利用厭氧菌對汙泥進行發酵，在微生物的作用下使汙泥及汙水中的有機物得到降解並逐步到達穩定，並在此過程中不斷產生以甲烷為主的沼氣的一種方法。目前厭氧消化較為公認模式為三階段理論：水解發酵階段，產氫產乙酸階段和產甲烷階段。厭氧消化會有有機物的降解以及微生物的生長代謝，該過程中存在電子的轉移以及電信號的變化，而電化學測試裝置是用於測量電化學池內電位等電化學參數的變化並對其實現控制的一種儀器，其內部具有數位訊號發生器、數據採集系統、多級信號增益、電位電流信號濾波器、IR降補償電路、恆電流儀、恆電位儀，可完成不同情況下對某些電化學參數的測控。

現階段，電化學表徵厭氧階段物質變化的報導較少，相應的研究裝置也較少，有鑑於此，本實用新型將電化學的有關理論運用到厭氧消化過程中，採用電化學測試裝置對厭氧體系中電化學參數實時監控，從而分析厭氧過程中的有機物及微生物變化，將電化學測試裝置與厭氧產氣體系結合起來，為深入研究厭氧體系的機理變化提供方便。

技術實現要素：

為了實現對厭氧體系中有機物的降解以及微生物的變化進行實時監測，本實用新型提拱了電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置。

為了實現上述發明目的，本實用新型採用以下技術方案，

電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置，包括厭氧消化器、測定厭氧消化器內厭氧產氣過程中電化學參數變化的電化學測試裝置、檢測和調控厭氧消化器內pH值的pH調控裝置、以及在發酵過程中攪拌汙水或汙泥等有機廢棄物的攪拌裝置，攪拌裝置設有攪拌部，攪攪拌部伸入厭氧消化器內腔中央，厭氧消化器側面開設檢測口，電化學測試裝置包括伸入厭氧消化器內腔的三電極體系，pH調控裝置包括伸入厭氧消化器內腔的可伸縮pH探頭和緩衝劑儲存裝置。

電化學測試裝置的三電極體系，該裝置的三電極體系包括參比電極、對電極以及工作電極，參比電極一般選用甘汞電極，對電極為鉑電極，工作電極可依據實驗需要自由選擇，三電極系統伸入厭氧消化器內部，用以測定厭氧產氣過程中電化學參數的變化；電化學測試裝置為通用電化學測量系統，內含快速數位訊號發生器，高速數據採集系統，電位電流信號濾波器，多級信號增益，iR降補償電路，以及恆電位儀，電位範圍為±10V，電流範圍為±250mA，電流測量下限低於50pA，可直接用於超微電極上的穩態電流測量。該裝置集成了幾乎所有的電化學測量技術，包括恆電位，恆電流，電位掃描，電流掃描，電位階躍，電流階躍，脈衝，方波，交流伏安法，流體力學調製伏安法，庫侖法，電位法，以及交流阻抗等。不同實驗技術間的切換十分方便，實驗參數的設定是提示性的，可避免漏設和錯設。三電極體系包括參比電極、對電極以及工作電極。參比電極一般選用甘汞電極，對電極為鉑電極，工作電極可依據實驗需要自由選擇。

攪拌裝置設置在厭氧消化器內腔的攪拌部，可以實現對汙水及汙泥等有機廢物發酵過程的攪拌，使厭氧體系中物質的均勻性，提高電化學測試的準確性以及發酵過程的充分性。

厭氧消化器的側面檢測口，可在厭氧產沼氣的過程中提取發酵液進行氨氮、COD等指標的測定，便於將這些指標與電化學指標以及甲烷產量結合起來，可以更好地探尋厭氧產氣的作用機理。

pH調控裝置中的緩衝劑存儲裝置內含有緩衝液，緩衝液可以為磷酸二氫鉀以及磷酸氫二鉀，當厭氧消化器內腔的PH值發生變化時，通過控制緩衝劑存儲裝置，保證厭氧消化反應在最適PH值環境下達進行，從而提高電化學檢測的準確性。

電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置還包括與通過連接管與厭氧消化器連通的充氮氣裝置；充氮氣裝置用於在厭氧實驗開始時給厭氧消化器內衝入氮氣，使厭氧消化過程在無氧狀態下進行，提高厭氧菌的同時也提高了電化學測試環境的穩定性。

電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置還包括還包括與厭氧消化器連接的沼氣除雜裝置和與其相連的甲烷收集裝置，沼氣除雜裝置包括除氣部和去溼部，除氣部含有可將二氧化碳、硫化氫等混合氣體去除的氫氧化鈉溶液，去溼部含有可吸收沼氣中的水分及其他雜質的活性炭；經過沼氣除雜裝置的淨化，所產生的甲烷更加清潔，更有利於後續的實驗研究。

作為優選，沼氣除雜裝置和甲烷收集裝置之間設置氣體流量計；用以將處理後的甲烷進行收集，方便後續研究。

電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置還包括電腦控制系統，電腦控制系統通過信號線分別與pH調控裝置、攪拌裝置和氣體流量計連接。

作為優選，厭氧消化器的外部設置恆溫水浴裝置，用以調節厭氧消化器的溫度；確保反應在恆定溫度下進行，更有利於提高厭氧菌活性，實驗現象更明顯；PH調控裝置的加入，在測定厭氧體系PH值的同時，還控制緩衝劑存儲裝置，控制緩衝劑的用量，隨時調控厭氧體系中的酸鹼環境，保證反應條件的穩定性；作為優選，電腦控制系統還可以與恆溫水浴裝置連接。

與現有技術相比，本實用新型提供的技術方案存在以下優點：

1、將厭氧產氣體系與電化學測試一體化設計，採用電化學測試裝置對厭氧產氣過程中的有機物代謝以及微生物生長實時監測，將體系中的電化學參數的變化進行分析測定，同時根據電化學工作站可以對所測定的指標進行分析處理，結合氣體流量計中測定的甲烷產生量，找出電化學參數和甲烷產生量存在的聯繫，根據電化學理論對厭氧產氣原理進行表徵；由於電化學活性微生物能夠利用固體電極作為電子受體或者電子供體，而電極電勢是控制電子在電極與微生物之間傳遞的一個重要參數，因此為了給微生物提供一個穩定的電化學環境，該裝置的三電極體系包括參比電極、對電極以及工作電極，參比電極一般選用甘汞電極，對電極為鉑電極，工作電極可依據實驗需要自由選擇，電化學測試裝置中的電極可以自由伸縮以及拆卸，所以應用範圍廣泛，電化學工作站包括幾乎所有的電化學測試技術，針對厭氧體系中不同電化學參數選擇不同的測試方法，從而提高了測試的廣泛性與準確性。

2、沼氣除雜裝置內的氫氧化鈉溶液能有效吸收沼氣內混合的二氧化碳、硫化氫氣體，活性炭能有效吸收沼氣內的水分和其他雜質，提高後續甲烷氣體測定的準確性，簡化了甲烷氣體測定的工序。

3、厭氧消化器側面留有檢測口，可在厭氧產沼氣的過程中提取發酵液進行氨氮、COD等指標的測定，為探究厭氧消化的作用機理提供方便。

4、採用電腦監控系統對整個體系進行調控，更好地實現電化學測試在穩定的條件下進行，提高檢測的準確性以及數據的及時性，更好地對厭氧體系的變化實時調節與檢測。

5、通過加入恆溫水浴裝置，確保反應在恆定溫度下進行，更有利於提高厭氧菌活性，實驗現象更明顯；PH調控裝置的加入，在測定厭氧體系PH值的同時，還控制緩衝劑存儲裝置，控制緩衝劑的用量，隨時調控厭氧體系中的酸鹼環境，保證反應條件的穩定性。

附圖說明

圖1為本實用新型所提供的電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置的結構示意圖。

具體實施方式

本實用新型旨在提供電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置，用來實現對厭氧體系中有機物的降解以及微生物的變化進行實時監測。

為了使本領域技術人員能夠更好的理解本實用新型，下面結合具體實施方式和附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。

電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置包括厭氧消化器15、測定厭氧消化器15內厭氧產氣過程中電化學參數變化的電化學測試裝置2、檢測和調控厭氧消化器內pH值的pH調控裝置6、以及在發酵過程中攪拌有機廢棄物的攪拌裝置4，攪拌裝置4設有攪拌部5，攪拌部5伸入厭氧消化器15內腔中央，厭氧消化器15側面開設檢測口16，電化學測試裝置2包括伸入厭氧消化器內腔的三電極體系3，pH調控裝置6包括伸入厭氧消化器內腔的可伸縮pH探頭8和緩衝劑儲存裝置9。

在一種優選的實施方式中，電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置還包括與厭氧消化器15連通的充氮氣裝置1、電腦控制系統14、厭氧消化器15連通的沼氣除雜裝置17和與其相通的甲烷收集裝置12，沼氣除雜裝置17包括除氣部9和去溼部10，除氣部9含有可將二氧化碳、硫化氫等混合氣體去除的氫氧化鈉溶液，去溼部10含有可吸收沼氣中的水分及其他雜質的活性炭；沼氣除雜裝置17和甲烷收集裝置12之間還設置氣體流量計11。

在一種具體的實施方式中，厭氧消化器的外部設置用以調節厭氧消化器的溫度的恆溫水浴裝置13，電腦控制系統14通過信號線分別與pH調控裝置6、攪拌裝置4和氣體流量計11以及恆溫水浴裝置13連接。

設備工作時，充氮氣裝置1使整套實驗裝置保持厭氧環境，之後攪拌裝置4、恆溫水浴裝置13、電化學測試裝置2、PH值監控裝置6以及氣體流量計11同時工作，將信號統一傳輸給電腦控制系統14，電腦控制系統14會將電化學測試裝置2和氣體流量計11測定的數據結合起來處理；當厭氧體系中的PH值發生突變時，PH值監控裝置6中的PH探針8會將檢測結果傳輸給電腦控制系統14，電腦控制系統14會根據其變化調節緩衝劑存儲裝置7中緩衝劑的的量，從而使厭氧反應過程在穩定的條件下進行。

以上對本實用新型所提供的電化學檢測與厭氧產氣一體化裝置進行了詳細的介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法和中心思想。應當指出，對於本技術領域的一般技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。