CN103698165A - 一种厌氧发酵体系中气体样品和/或液体样品的收集方法 - Google Patents

一种厌氧发酵体系中气体样品和/或液体样品的收集方法 Download PDF

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杨富裕
高凤芹
张蕴薇
周禾
吴春会
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Abstract

本发明公开了一种厌氧发酵体系中气体样品和/或液体样品的收集方法。包括如下步骤：将三通管通过管路与厌氧发酵体系的出口密封连接，通过下述1）和/或2）的进行收集：1）控制三通管的开关，使三通管的进口管路和至少1个出口管路相连通，且使三通管的出口管路与气体收集装置相连接，即实现厌氧发酵体系中气体样品的收集；2）控制三通管的开关，使三通管的进口管路和1个出口管路相连通，且使三通管的出口管路与注射器相连通；将注射器的活塞拉动至预定刻度，则在活塞内外压力差的作用下，厌氧发酵体系中的液体样品被吸入至注射器内。本发明采用医用三通管来收集厌氧发酵过程气体和液体样品，可广泛用于厌氧发酵产沼气精密实验研究过程中的气体和液体成分的取样分析。

Description

一种厌氧发酵体系中气体样品和/或液体样品的收集方法
技术领域
本发明涉及厌氧发酵体系中气体样品和/或液体样品的收集方法。
背景技术
当今世界，化石能源紧张，已对许多国家政治、经济等产生了重要影响。全世界能源总消费量每年约为130×108t（标准煤），其中化石能源占80％以上，致使不可再生的化石能源正面临枯竭。据美国地质局估计：全世界石油储量为3万亿桶，顶峰将在2030年出现；煤炭最多也只能维持200年左右的时间；世界天然气储量大约为177万亿立方米，80年内枯竭。同时，大量消费化石能源所排放的SO2和CO2已严重威胁人类赖以生存的生态环境。面对即将到来的能源与生态危机，节能降耗、开发利用清洁的可再生新能源的迫切性和必要性日益显现出来，生物质能源是重要的可再生能源之一，沼气是生物能源中较具开发前景的一类可再生能源，沼气作为一种便于运输，用途广泛（加热、动力、能源）的可再生能源，具有很多不可替代的优点，是一种具有很好发展前景的新能源，受到世界各国广泛关注，对我国新农村的发展建设更具有深远的意义。能源消费结构从煤炭向化石能源（石油、天燃气）转变，进一步向绿色可再生能源的过渡将是实现经济和社会可持续发展的必然之路。因此，美国、日本、欧洲等国家正在大力开发利用生物质能等可再生能源，每年增长率达30％以上。欧盟的战略目标是，到2020年生物燃气将占整个欧盟生物质能的20％；瑞典2007年生物燃气已占全国15％，并计划于2020年成为世界上第一个不依赖石油的国家；我国《可再生能源中长期发展规划》提出，到2010年，中国沼气年利用量达到190亿立方米，到2020年达到440亿立方米。
随着工农业生产迅速发展，城市规模不断扩大以及畜牧业的高度集约化与工厂化经营，城市污水及家畜排泄物的产生量呈上升趋势，其含有大量的重金属、细菌、病原菌及病毒等，如不经处理随意排放，将严重影响环境卫生和人类健康。同时污水和家畜排泄物中还含有微生物生长所需的有机质和N、P、K等营养物质，如果不合理利用，又将造成资源的浪费。如何能够高效合理的变废为宝，生产清洁、可再生能源成为我们当前急需解决的问题。沼气生产可以有效的改善或解决以上问题，还可以缓解能源短缺，促进经济和社会的可持续发展。
但以木质纤维素如秸秆、稻草及草本能源植物等为原料高效生产沼气并逐渐产业化的过程中依然存在很多亟待解决的技术瓶颈和机理问题：如木质纤维素高效降解技术及机理研究；高效低成本沼气发酵工艺的优化与控制；高效、低成本菌种的开发和利用；木质纤维素原料发酵产沼气过程中微生物种群演替、结构和相互关系及重要功能基因的开发利用；微生物利用植物细胞壁的机理等。因此，高效利用木质纤维素原料产沼气，还必须加强相关技术和机理研究，从根本上解决产气量低、甲烷含量低及效率低的问题。
为解决上述问题实验室开展了大量相关研究，在研究过程中气体成分的动态监测和液体成分实时分析就成为评价试验结果的必要指标。但沼气生产过程发酵体系的甲烷菌是一种严格厌氧菌，氧气对甲烷菌的影响是致命的，一旦接触到空气，整个发酵体系就会受到影响甚至发酵停止，难以达到最终的研究目的。因此，在这种微型厌氧发酵体系中如何收集气体和液体样品进行指标分析，确保体系的厌氧环境就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种厌氧发酵体系中气体样品和/或液体样品的收集方法，可对厌氧发酵产沼气中气体和液体样品进行收集，利于气体和液体成分方便、快捷、准确以及实时检测分析，保证发酵体系的厌氧环境。
本发明所提供的一种厌氧发酵体系中气体样品和/或液体样品的收集方法，包括如下步骤：
将三通管通过一管路与厌氧发酵体系的出口密封连接，通过下述1）和/或2）的方法进行收集：
1）控制所述三通管的开关，使所述三通管的进口管路和至少1个出口管路相连通，且使所述三通管的出口管路与一气体收集装置相连接，即实现所述厌氧发酵体系中气体样品的收集；
2）控制所述三通管的开关，使所述三通管的进口管路和1个出口管路相连通，且使所述三通管的出口管路与一注射器相连通；将所述注射器的活塞拉动至预定刻度，则在所述活塞内外压力差的作用下，所述厌氧发酵体系中的液体样品被吸入至所述注射器内。
上述收集方法中，所述气体收集装置包括一带有精密刻度的集气瓶和一水槽；收集气体样品时，装满水的所述集气瓶倒置于所述水槽中，并将所述三通管的出口管路伸入至所述集气瓶中，即可通过排水法收集气体。
上述收集方法中，方法1）中，控制所述三通管的开关，使所述三通管的进口管路和2个出口管路相连通，一个所述出口管路与所述气体收集装置相连通，此时，另一个所述出口管路可与一气相色谱仪的取样口相连通，则气体样品会进入至气相色谱仪中，就能实现对气体成分的分析检测。
上述收集方法中，所述三通管可为医用三通管。
上述收集方法中，所述三通管可为T型三通管。
上述收集方法中，所述厌氧发酵体系为厌氧发酵产沼气体系，所述厌氧发酵产沼气体系中的气体样品成分主要为甲烷、二氧化碳、氮气和氢气；液体样品成分主要为发酵液中的挥发性脂肪酸、氨态氮和糖等。该厌氧发酵产沼气体系包括木质纤维素材料和接种物，所述木质纤维素材料包括秸秆、稻草及草本能源植物，所述接种物为城市污水的污泥及家畜排泄物等。
上述收集方法表明，医用三通管可用于收集厌氧发酵过程中气体样品和/或液体样品，所述医用三通管可禁止气体的内外交换，还可以确保无液体漏渗。
本发明采用医用三通管（或与注射器的结合）来收集厌氧发酵过程气体和液体样品，方法简便，操作灵活，效率高，准确度高，密闭严格，适合实验室使用，可广泛用于厌氧发酵产沼气精密实验研究过程中的气体和液体成分的取样分析，充分保证发酵罐内的厌氧环境。
附图说明
图1为本发明中医用三通管所有通口处于关闭状态
图2为本发明中逆时针旋转45°的医用三通管（箭头指向为气体或液体的流向）
图3为本发明中顺时针旋转45°的医用三通管（箭头指向为气体或液体的流向）
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
采用500ml具下嘴的厌氧瓶作为微型发酵罐，下嘴与T型医用三通管通过一段长约3cm的橡胶管紧密相连，此时三通管所有通口处于关闭状态，如图1所示，物料装入后充入氮气，氮气冲入结束时迅速用连接有导管及该T型医用三通管的橡胶塞密封装料口，此时三通管所有通口处于关闭状态，如图1所示。
发酵装置安装完成后，将收集气体体积的导管放入倒置量筒中，该量筒装满水后倒置于一水槽中，采用排水法测定产气量，开关逆时针旋转45°，如图2所示，此时可以收集产气量。
当需要分析气体成分时，将连接有针头的一侧插入气相色谱仪取样口，迅速顺时针旋转三通管开关45°，如图3所示，主通口开放，保持针头停留2～3秒，按下取样器，测试开始，测定气体成分。
当需要收集液体时，首先排空注射器中的空气，将5mL去掉针头的注射器与T型医用三通管通口处紧密连通，将三通管开关逆时针旋转45°，如图2所示，然后渐渐拉动活塞到指定刻度，此时活塞前端的压强小于大气压，而发酵罐内的压强等于大气压，在压力差的作用下发酵液被吸入注射器内，顺时针旋转45°关闭三通管上的开关，使得发酵体系与外界隔绝，此时，将注射器取下，将液体收集到准备好的容器中待测。

Claims (10)

1.一种厌氧发酵体系中气体样品和/或液体样品的收集方法，包括如下步骤：
将三通管通过一管路与厌氧发酵体系的出口密封连接，通过下述1）和/或2）的方法进行收集：
1）控制所述三通管的开关，使所述三通管的进口管路和至少1个出口管路相连通，且使所述三通管的出口管路与一气体收集装置相连接，即实现所述厌氧发酵体系中气体样品的收集；
2）控制所述三通管的开关，使所述三通管的进口管路和1个出口管路相连通，且使所述三通管的出口管路与一注射器相连通；将所述注射器的活塞拉动至预定刻度，则在所述活塞内外压力差的作用下，所述厌氧发酵体系中的液体样品被吸入至所述注射器内。
2.根据权利要求1所述的收集方法，其特征在于：所述气体收集装置包括一集气瓶和一水槽；收集气体样品时，装满水的所述集气瓶倒置于所述水槽中，并将所述三通管的出口管路伸入至所述集气瓶中。
3.根据权利要求1或2所述的收集方法，其特征在于：方法1）中，控制所述三通管的开关，使所述三通管的进口管路和2个出口管路相连通，一个所述出口管路与所述气体收集装置相连通。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的收集方法，其特征在于：所述三通管为医用三通管。
5.根据权利要求4所述的收集方法，其特征在于：所述三通管为T型三通管。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的收集方法，其特征在于：所述厌氧发酵体系为厌氧发酵产沼气体系。
7.三通管在收集厌氧发酵过程中气体样品和/或液体样品中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述三通管为医用三通管。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述三通管为T型三通管。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的应用，其特征在于：所述厌氧发酵过程为厌氧发酵产沼气过程。
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