CN103728396A - 一种测定污泥比产甲烷活性的方法 - Google Patents

Abstract

一种测定污泥比产甲烷活性的方法，属于废水处理领域，特别涉及废水厌氧处理及微生物发酵工程领域。本发明是为了解决现有污泥比产甲烷活性SMA测定方法准确性低及收集微量气体困难的问题。本发明中，每2小时测量一次甲烷含量，首先测量发酵气体总产量的装置中的单片机控制压力变送器实时监测一号厌氧瓶中内压力变化，从而得到气体总量；同时微量气体收集装置中的时间继电器通过电磁阀打开或关闭微量气体收集装置，利用真空采样管自动采集发酵气体，并将真空采集管中收集的发酵气体注入气相色谱仪中进行甲烷含量分析，根据发酵气体总产量与甲烷含量的关系得到甲烷产量，再根据比产甲烷活性计算公式得到比产甲烷活性。本发明用于废水处理。

Description

一种测定污泥比产甲烷活性的方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，特别涉及废水厌氧处理及微生物发酵工程领域。

背景技术

厌氧生物处理是一种高效处理有机废弃物的技术，目前正成为处理和利用工业有机废水、污水厂剩余污泥、城市垃圾和畜禽粪便等最有效、前景最广阔的手段之一。尤其在污水处理和污泥处理领域，厌氧生物处理技术以其独特的优势，如节省动力消耗、产生生物能源、污泥产量少、对氮磷需求量低和对某些难降解有机物的较好的处理能力，被越来越多地应用于污水、污泥等的处理中。

厌氧生物处理是一个多微生物种群协同参与的过程，水解发酵菌群、产氢产乙酸菌群和同型产乙酸菌群组成非产甲烷菌，将有机大分子转化成产甲烷菌群可直接利用的甲酸、乙酸、H₂/CO₂、乙醇等少数几种产甲烷菌的简单底物。产甲烷菌是一种古菌，对环境条件的较敏感，因此，一个厌氧消化系统中产甲烷菌的活性是其运行效果的决定性因素。传统测定挥发性悬浮固体VSS难以区分微生物菌体与其他有机物；辅酶F₄₂₀、氢化酶等含量测定间接反映产甲烷菌活性，但是操作复杂，耗时长，易受环境影响；而产甲烷菌的比产甲烷活性SMA测定直接测定样品在发酵最初一定时间内消耗特定底物的产甲烷量，由于在底物饱和情况下，反应初期为零级反应，反应速率不受底物浓度的影响，产甲烷量随时间变化图的最大斜率可换算成样品的最大比产甲烷速率，直接、可靠、快速、操作简便。厌氧生物处理中可用于反应器接种阶段测定接种污泥的最大产甲烷能力，为负荷控制提供参考；启动和稳定运行阶段判断反应器的运行状况，并为最佳运行条件提供参考。还能针对特定底物，考察并筛选发酵能力最好的样品等。

目前，针对不同的污泥样品，SMA的测定方法多样，大多添加无机营养液，但由于发酵时间比较短，可不添加微量元素。采用的底物有甲酸、乙酸、H₂/CO₂等产甲烷菌可直接利用的简单物质，尤其是自然界约70%甲烷的直接底物乙酸；乙酸、丙酸、丁酸等混合酸或样品原生长环境底物，来模拟自然界或特定系统中产甲烷菌底物。根据样品的浓度，如常以污泥的挥发性悬浮固体VSS间接表示系统内微生物量，确定合适的添加量。产气的测定与计算方法主要有排水法、玻璃注射器抽取法、压力变送器复杂管路测定压力法等。

排水法常以NaOH吸收发酵气中CO₂、H₂S等酸性气体，排出量筒水的体积近似等于甲烷体积，碱性水溶液并不能将甲烷之外的杂质气体全部去除，且由于水本身有重量，较微量的气体不足以将水压出，精确性较低。同时，还需要经常人工补充洗气瓶内的碱性液体，最大的问题是该方法不易收集气体，气体成分检测难于进行。排水法也包括使用史氏发酵管进行排水的，但仍旧准确性低，难以收集气体。

玻璃注射器虽然可以收集气体，但同样属粗放型产气检测方法，精确性差。注射器针头插入厌氧瓶内，内部产气产生高于大气压的压力，将注射塞栓顶出的体积代表内部产气体积。相比普通注射器，玻璃注射器虽然大大减小了塞栓与针筒之间的摩擦力，但是摩擦力仍旧存在，加上塞栓本身重力，较微量的气体同样难于检测到。

近些年，应用压力变送器越来越多地用于测定封闭反应器内由于产气带来的压力变化，间接反映产气量的方法。如厌氧发酵瓶连接三通，一端连接压力变送器检测内部压力，将信号传输于控制装置转化成数据存储，另一端连接电磁阀，接收控制系统传输的压力信号，控制气路开闭，当压力达到设定的值时，气路打开时集气袋收集气体，并排尽多余气体，气路关闭，反复测定瓶内压力机气体采集，计算累积产气量。应用压力变送器间接反映产气量的这种方法，由于是基于发酵瓶内压力变化达到设定值而进行气样采集、放气，因此电路设计较复杂，且放气较频繁，瓶内压力及气体环境变化较剧烈还会影响瓶内微生物的代谢活动，而且采用集气袋收集产出的气体，例如最小的集气袋大小为0.25L，这种集气袋也不适用于SMA实验短期微量气体检测及收集。

发明内容

本发明是为了解决现有污泥比产甲烷活性SMA测定方法准确性低及收集微量气体困难的问题。本发明提供一种测定污泥比产甲烷活性的方法。

一种测定污泥比产甲烷活性的方法，该方法包括：

每间隔2小时测量一次甲烷产量，具体过程为：首先，采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量n，n为正数；同时，采用微量气体收集装置收集发酵气体；

然后，将所收集的发酵气体注入气相色谱仪中，得到发酵气体中的甲烷含量；

最后，根据公式：甲烷产量=发酵气体总产量×甲烷含量，获得此时的甲烷产量；

根据M次获得的M个甲烷产量及对应收集发酵气体的时间，获得甲烷产量随时间变化曲线，根据该曲线得出斜率K，K大于0且小于1，然后根据公式：比产甲烷活性=24*K/（VSS*V），得到比产甲烷活性；M为大于1且小于等于36的正整数；

其中24表示24小时；K为斜率；VSS为污泥当中生物量的浓度；V为添加的污泥样品的体积。

所述的测量发酵气体总产量的装置包括一号铁架、显示装置、一号磁力搅拌器、三号注射针、密封筒、压力变送器、开关电源和单片机；

一号铁架的铁夹用于固定压力变送器，一号磁力搅拌器放置在一号铁架的底盘上，三号注射针位于一号磁力搅拌器的正上方，所述三号注射针的顶端与密封筒的底端连接，所述密封筒的顶端与压力变送器的压力检测端通过密封件连通，该压力变送器用于检测空筒内的压力，压力变送器的电源输入端连接开关电源的电源电压输出端，压力变送器的压力信号输出端连接单片机的压力信号输入端，单片机的显示信号输出端与显示装置的显示信号输入端通过数据总线连接；

所述的微量气体收集装置包括二号铁架、二号磁力搅拌器、一号注射针、二号注射针、电磁阀、真空采样管和时间继电器；

二号铁架的铁夹用于固定电磁阀，真空采样管放置在二号铁架的底盘上，一号注射针位于二号磁力搅拌器的正上方，一号注射针的末端通过软管与电磁阀的输入口连通，电磁阀的输出口通过软管与二号注射针的末端连通，二号注射针的针头插进真空采样管的管内，电磁阀的控制端与时间继电器的控制端连接。

采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量n，同时，采用微量气体收集装置收集发酵气体的方法为：

步骤A1、向一号厌氧瓶和二号厌氧瓶内持续吹入氮气5min～10min，然后分别向一号厌氧瓶和二号厌氧瓶内注入营养液和底物母液；

步骤A2、分别向步骤A1中的一号厌氧瓶和二号厌氧瓶中加入污泥样品和磁力搅拌器的转子，10min后停止向一号厌氧瓶和二号厌氧瓶吹入氮气，并立刻用胶塞密封一号厌氧瓶和二号厌氧瓶；

步骤A3、将一号厌氧瓶放置在测量气体总产量的装置的一号磁力搅拌器上；将二号厌氧瓶放置在微量气体收集装置的二号磁力搅拌器上，一号磁力搅拌器和二号磁力搅拌器的转子开始转动，使营养液、底物母液和污泥样品充分混合；

步骤A4、调节测量发酵气体总产量的装置的一号铁架上的活动夹，使三号注射针的针头插进一号厌氧瓶瓶内；

步骤A5、调节微量气体收集装置的二号铁架上的活动夹，使一号注射针的针头插进二号厌氧瓶瓶内；

步骤A6、将测量发酵气体总产量的装置中的一号铁架、一号磁力搅拌器、一号厌氧瓶、三号注射针、密封筒、密封件和压力变送器放入恒温箱中；

步骤A7、将微量气体收集装置的二号磁力搅拌器、二号厌氧瓶、一号注射针、二号注射针、电磁阀和真空采样管放入恒温箱中；

步骤A8、开启开关电源、显示装置和时间继电器；

步骤A9、在显示装置上得到发酵气体的总产量，在真空采样管中收集发酵气体。

一号磁力搅拌器和二号磁力搅拌器的转子开始转动，使营养液、底物母液和污泥样品充分混合，转子转动时间为1小时至2小时。

步骤A1中所述的注入的营养液和底物母液的配置方法如下：

步骤C1、准备两份煮沸15min后的去离子水，每份去离子水中吹氮气15min直至去离子水温度与室温相同；

步骤C2、向其中一份去离子水中加入营养物，使配置成的营养液中各成分的浓度为KH₂PO₄为2500mg/L；K₂HPO₄为1000mg/L，NH₄Cl为1000mg/L；MgCl₂为100mg/L，半胱氨酸为500mg/L，酵母粉为200mg/L；

步骤C3、向另一份去离子水中加入底物药品，底物药品的成分为甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠。

时间继电器的时间设定为2小时。

所述真空采样管的容量为5ml。

密封件采用玻璃螺纹密封件。

本发明用于废水处理。

本发明所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，采用厌氧瓶、压力变送器、单片机、时间继电器、显示装置、电磁阀和真空采样管。测量发酵气体总量时，单片机控制压力变送器实时监测一号厌氧瓶中内压力变化，根据理想气体状态方程得到气体总量；收集微量气体时，时间继电器在设定时间内通过电磁阀来开闭微量气体收集装置，利用真空采样管自动采集发酵气体。将真空采集管中收集的发酵气体注入气相色谱仪中进行测量甲烷含量。

本发明所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法准确率高，相比现有污泥比产甲烷活性SMA测定方法准确率提高了20%以上，且采用该方法很容易收集微量气体，进一步提高了测定污泥比产甲烷活性的方法的准确率。

附图说明

图1为一种测定污泥比产甲烷活性的方法的流程图；

图2为采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量和采用微量气体收集装置收集发酵气体的方法流程图；

图3为测量发酵气体总产量的装置的结构示意图；

图4为微量气体收集装置的结构示意图；

图5是具体实施方式九所述的实施例的实验结果图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1、图2、图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，该方法包括：

每间隔2小时测量一次甲烷产量，具体过程为：

首先，采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量n，n为正数；同时，采用微量气体收集装置收集发酵气体；

然后，将所收集的发酵气体注入气相色谱仪中，得到发酵气体中的甲烷含量；

最后，根据公式：甲烷产量=发酵气体总产量×甲烷含量，获得此时的甲烷产量；

根据M次获得的M个甲烷产量及对应收集发酵气体的时间，获得甲烷产量随时间变化曲线，根据该曲线得出斜率K，K大于0且小于1，然后根据公式：比产甲烷活性=24*K/VSS*V，得到比产甲烷活性；M为大于1且小于等于36的正整数；

其中24表示24小时；K为斜率；VSS为污泥当中生物量的浓度；V为添加的污泥样品的体积。

采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量和采用微量气体收集装置收集发酵气体在相同条件同步进行。

具体实施方式二：参照图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法的进一步说明，所述的测量发酵气体总产量的装置包括一号铁架1、显示装置9、一号磁力搅拌器2、三号注射针4、密封筒19、压力变送器6、开关电源7和单片机8；

一号铁架1的铁夹用于固定压力变送器6，一号磁力搅拌器2放置在一号铁架1的底盘上，三号注射针4位于一号磁力搅拌器2的正上方，所述三号注射针4的顶端与密封筒19的底端连接，所述密封筒19的顶端与压力变送器6的压力检测端通过密封件5连通，该压力变送器6用于检测空筒19内的压力，压力变送器6的电源输入端连接开关电源7的电源电压输出端，压力变送器6的压力信号输出端连接单片机8的压力信号输入端，单片机8的显示信号输出端与显示装置9的显示信号输入端通过数据总线连接。

所述微量气体收集装置包括二号铁架10、二号磁力搅拌器11、一号注射针13、二号注射针14、电磁阀17、真空采样管16和时间继电器15；

二号铁架10的铁夹用于固定电磁阀17，真空采样管16放置在二号铁架10的底盘上，一号注射针13位于二号磁力搅拌器11的正上方，一号注射针13的末端通过软管与电磁阀17的输入口连通，电磁阀17的输出口通过软管与二号注射针14的末端连通，二号注射针14的针头插进真空采样管16的管内，电磁阀17的控制端与时间继电器15的控制端连接。

测量发酵气体总产量的装置，在实际使用过程中，将装有待检测发酵气体的密闭器皿放置在一号磁力搅拌器2上，由于一号磁力搅拌器2的转子位于所述密闭器皿内部，因此，装有待检测发酵气体的密闭器皿放置在一号磁力搅拌器2上时，转子开始转动，待营养液、底物母液和污泥样品充分混合以后，将三号注射针4的针头插入所述密闭器皿内，使得三号注射针4内部与密闭器皿内部连通，此时，压力变送器6测量的压力就是密闭器皿内部的压力，单片机8实时通过压力变送器6采集获得密闭器皿内部的压力值，进而获得密闭器皿中压力变化情况，根据该压力变化情况得到气体总量。压力与气体总量的关系：根据理想气体状态方程PV=nRT，得出n=PV/RT。其中，P为监测到的瓶内压力，单位为Pa；V为顶空体积，单位为m³；n为气体的物质的量，单位为mol；R为气体常数，R的值为8.31441±0.00026J/(moL·K)；T为体系温度K。

微量气体收集装置，在实际使用过程中，将装有待检测发酵气体的密闭器皿放置在二号磁力搅拌器11上，由于二号磁力搅拌器11的转子18位于所述密闭器皿内部，因此，装有待检测发酵气体的密闭器皿放置在二号磁力搅拌器11上时，转子18开始转动，待营养液、底物母液和污泥样品充分混合以后，将三号注射针4的针头插入所述密闭器皿内，使得三号注射针4内部与密闭器皿内部连通，此时，开启时间继电器，通过时间继电器开启和关闭电磁阀，从而保证整个微量气体采集装置的气路的开启和关闭。电磁阀每开启一次，一个真空采样管16采集一次发酵气体，直至发酵时间结束，多个真空采集管6采集多个时段的发酵气体，然后再将收集的各个时段的发酵气体注入气相色谱仪中，分析各个时段发酵气体中的甲烷含量。本实施方式所述的所述微量气体收集装置，使得测量污泥比产甲烷活性方法中收集微量气体非常容易，且该微量气体收集装置，结构简单，操作简便，进一步提高了测量污泥比产甲烷活性方法的准确性。

具体实施方式三：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法作进一步说明，采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量n，同时，采用微量气体收集装置收集发酵气体的方法为：

步骤A1、向一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12内持续吹入氮气5min～10min，然后分别向一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12内注入营养液和底物母液；

步骤A2、分别向步骤A1中的一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12中加入污泥样品和磁力搅拌器的转子，10min后停止向一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12吹入氮气，并立刻用胶塞密封一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12；

步骤A3、将一号厌氧瓶3放置在测量气体总产量的装置的一号磁力搅拌器2上；将二号厌氧瓶12放置在微量气体收集装置的二号磁力搅拌器11上，一号磁力搅拌器2和二号磁力搅拌器11的转子18开始转动，使营养液、底物母液和污泥样品充分混合；

步骤A4、调节测量发酵气体总产量的装置的一号铁架1上的活动夹，使三号注射针4的针头插进一号厌氧瓶3瓶内；

步骤A5、调节微量气体收集装置的二号铁架10上的活动夹，使一号注射针13的针头插进二号厌氧瓶12瓶内；

步骤A6、将测量发酵气体总产量的装置中的一号铁架1、一号磁力搅拌器2、一号厌氧瓶3、三号注射针4、密封筒19、密封件5和压力变送器6放入恒温箱中；

步骤A7、将微量气体收集装置的二号磁力搅拌器11、二号厌氧瓶12、一号注射针13、二号注射针14、电磁阀17和真空采样管16放入恒温箱中；

步骤A8、开启开关电源7、显示装置9和时间继电器15；

步骤A9、在显示装置上得到发酵气体的总产量，在真空采样管16中收集发酵气体。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法的进一步说明，本实施方式中，一号磁力搅拌器2和二号磁力搅拌器11的转子18开始转动，使营养液、底物母液和污泥样品充分混合，转子18转动时间为1小时至2小时。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法的进一步说明，本实施方式中，步骤A1中所述的注入的营养液和底物母液的配置方法如下：

步骤C1、准备两份煮沸15min后的去离子水，每份去离子水中吹氮气15min直至去离子水温度与室温相同；

步骤C2、向其中一份去离子水中加入营养物，使配置成的营养液中各成分的浓度为KH₂PO₄为2500mg/L；K₂HPO₄为1000mg/L，NH₄Cl为1000mg/L；MgCl₂为100mg/L，半胱氨酸为500mg/L，酵母粉为200mg/L；

步骤C3、向另一份去离子水中加入底物药品，底物药品的成分为甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法的进一步说明，本实施方式中，时间继电器15的时间设定为2小时。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法的进一步说明，本实施方式中，所述真空采样管16的容量为5ml。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法的进一步说明，本实施方式中，密封件5采用玻璃螺纹密封件。

具体实施方式九、：本实施方式是说明一个实施例，参照图1、图2、图3、图4和图5具体说明本实施方式。测定污泥比产甲烷活性包括两部分，一部分是得到发酵气体的总产量，另一部分是收集微量的发酵气体并对收集的发酵气体注入气相色谱仪中得到发酵气体中的甲烷含量，本发明中所述的微量是指小于等于5ml的发酵气体。

该实施例中污泥样品为非厌氧颗粒污泥。污泥样品取自35℃污泥厌氧消化CSTR反应器。污泥样品的性质见表1。

表1

在实验过程中，还要设置对照，所述的对照方式是指采用相同的装置，只是在整个发酵物的配置过程中不加入底物母液，只加入营养液和污泥样品。

测定污泥比产甲烷活性的方法的步骤如下：步骤E1、配置营养液和底物母液；

配置营养液和底物母液的方法如下：

步骤C1、准备两份煮沸17min后的去离子水，每份去离子水中吹氮气17min直至去离子水温度与室温相同；

步骤C2、向其中一份去离子水中加入营养液，使营养液中各成分的浓度为KH₂PO₄为2500mg/L；K₂HPO₄为1000mg/L，NH₄Cl为1000mg/L；MgCl₂为100mg/L，半胱氨酸为500mg/L，酵母粉为200mg/L；

步骤C3、向另一份去离子水中加入底物母液，使底物母液中甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠的摩尔浓度比为2：5：2：1。

底物母液的种类包括以下几种：

第一种：一种单一底物：乙酸钠，参考浓度为6～100mM。若为了得到合适实验的底物添加量，可设置底物浓度梯度，如6mM、12mM、18mM、25mM等。乙酸钠属于挥发酸类，易挥发，一般以盐类代替。约70%甲烷直接来源于乙酸，故可代表乙酸裂解型产甲烷菌的活性，即可基本表示出污泥样品的产甲烷活性，方法简单易行。

第二种：多种单一底物：甲酸钠、乙酸钠、H2和CO2，其中H2和CO2的体积比为=4:1。产甲烷菌分为噬氢型和乙酸裂解型，直接以乙酸钠及H2和CO2为底物，或者乙酸钠和H2为底物，或者以乙酸钠和CO2为底物，可分别大致表示两类产甲烷菌的活性。又由于H2和CO2不易达到饱和浓度，而大多数噬氢型产甲烷菌能够利用甲酸，可以甲酸钠替代H2和CO2。参考浓度为甲酸钠、乙酸钠20～100mM，H2和CO2达到101kPa。

第三种：多种混合底物：甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠等，甲酸钠、乙酸钠可直接为两类产甲烷菌利用，丙酸是厌氧发酵中最容易积累造成系统酸化的底物，挥发酸组合底物能满足大多数厌氧微生物生长。参考浓度为甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠摩尔浓度比为2：5：2：1。

第四种：其他底物：处理特定有机物的污泥，可有针对性地选择特定种类的底物，更能反映出污泥活性。如处理含苯酚废水的污泥，可选用苯酚作为底物，反映污泥利用苯酚产生甲烷的活性。

本实施例中选用的是第三种。甲酸钠10Mm/L，乙酸钠25mM，丙酸钠10mM，丁酸钠5Mm，甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠的摩尔浓度比为2：5：2：1。

步骤E2、向容量为135ml的一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12内持续吹氮气5min～10min，然后取步骤E1中36ml营养液和4ml底物母液注入一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12内；

步骤E3、向步骤E2中的一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12中加入40ml污泥样品，放入磁力搅拌器2的转子，10min后停止吹氮气，用一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12的胶塞盖好一号厌氧瓶3和二号厌氧瓶12；

此时一号厌氧瓶内3和二号厌氧瓶12内反应底物占80ml，顶空体积占55ml，挥发性悬浮固体为6290mg/L，反应底物的浓度范围在2g VSS/L～4g VSS/L之间，瓶内污泥用量在0.08g VSS/L～0.2g VSS/L之间，污泥负荷在0.2g COD/g VSS～1g COD/g VSS范围内。

步骤E4、将一号厌氧瓶3放置在测量气体总产量的装置的一号磁力搅拌器2上；将二号厌氧瓶12放置在微量气体收集装置的二号磁力搅拌器11上；一号磁力搅拌器2和二号磁力搅拌器11以转速120rpm旋转1小时；

步骤E5、调节测量气体总产量的装置的一号铁架1上的活动夹，使三号注射针4的针头插进一号厌氧瓶3瓶内；

步骤E6、调节微量气体收集装置的二号铁架10上的活动夹，使一号注射针13的针头插进二号厌氧瓶12瓶内；

步骤E7、将测量气体总产量的装置中的一号铁架1、一号磁力搅拌器2、一号厌氧瓶3、三号注射针4、空筒19、密封件5和压力变送器6放入恒温箱中；

步骤E8、将微量气体收集装置的二号磁力搅拌器11、二号厌氧瓶12、一号注射针13、二号注射针14、电磁阀17和真空采样管16放入恒温箱中；

步骤E9、开启开关电源7、显示装置9和时间继电器15；

步骤E10、在显示装置上得到发酵气体的总产量，在真空采样管16中收集发酵气体。

在显示装置上得到发酵气体的总产量。

压力变送器5的压力信号输出端向单片机8的压力信号输入端发送压力信号；单片机8记录接收的压力信号，显示装置9上显示压力与时间的关系曲线；根据理想气体状态方程PV=nRT，得出n=PV/RT。其中，P为监测到的瓶内压力，单位为Pa；V为顶空体积，单位为m³；n为气体的物质的量，单位为mol；R为气体常数，R的值为8.31441±0.00026J/(moL·K；T为体系温度K。

采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量；采用微量气体收集装置收集发酵气体，每2小时收集一次；将微量气体收集装置中的5ml真空采样管16中收集的发酵气体用1ml注射器抽取0.6ml发酵气体注入气相色谱仪中，通过气相色谱仪得到发酵气体中的甲烷含量；根据甲烷产量=发酵气体总产量×甲烷含量，得到甲烷产量；根据甲烷产量随时间变化曲线得出斜率K，K大于0小于1，然后将斜率K代入公式比产甲烷活性=24*K/VSS*V，得到比产甲烷活性；其中24表示24小时；K为斜率；VSS为污泥当中生物量的浓度；V为营养液、底物母液和污泥样品的总体积。

气相色谱仪的参数设定：色谱柱2m＊Φ3mm，不锈钢柱，内填充国产GD60～80目；柱温210℃，载气为氮气，流速90mL/min；空气流速500mL/min，氢气流速50mL/min；气化室温度240℃，检测温度210℃。

上述实验过程得到的结果称之为实施例结果。采用相同的装置，在实验时，只向厌氧瓶中加入营养液和污泥样品，不加入底物母液，进行上述实验过程，得到的结果作为对照。本实施例中进行三次对照实验。该对照实验结果称之为对照结果。

实验结果：表2所示为实施例的实验数据。根据理想气体状态方程PV=nRT，将各时间点，即每2h的总压力转化成累计产气总量单位为mM，再与对应的甲烷含量相乘即可得到每2小时的甲烷累积量，绘制出甲烷产量随时间变化曲线，见图5。由图5可知，在实验的前18h内，曲线斜率最大，之后20h斜率有所下降，最后10h基本趋于稳定，说明在前18h内产甲烷速率最大，随后减慢，最后基本不再变化，那么对曲线前18h段进行拟合，求得斜率Kmax=0.0144mM CH4/h。样品VSS为6290mg/L,添加量为40mL，则总生物量粗略表示为0.2516g，所以计算得到该中温厌氧消化污泥的最大比产甲烷速率为1.3736mMCH4/(gVSS·d)。

表2

Claims (8)

1.一种测定污泥比产甲烷活性的方法，其特征在于，该方法包括：

每间隔2小时测量一次甲烷产量，具体过程为：

首先，采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量n，n为正数；同时采用微量气体收集装置收集发酵气体；

然后，将所收集的发酵气体注入气相色谱仪中，得到发酵气体中的甲烷含量；

最后，根据公式：甲烷产量=发酵气体总产量×甲烷含量，获得此时的甲烷产量；

根据M次获得的M个甲烷产量及对应收集发酵气体的时间，获得甲烷产量随时间变化曲线，根据该曲线得出斜率K，K大于0且小于1，然后根据公式：比产甲烷活性=24*K/（VSS*V），得到比产甲烷活性；M大于1且小于等于36的正整数；

其中24表示24小时；K为斜率；VSS为污泥当中生物量的浓度；V为添加的污泥样品的体积。

2.根据权利要求1所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，其特征在于，所述的测量发酵气体总产量的装置包括一号铁架（1）、显示装置（9）、一号磁力搅拌器（2）、三号注射针（4）、密封筒（19）、压力变送器（6）、开关电源（7）和单片机（8）；

一号铁架（1）的铁夹用于固定压力变送器（6），一号磁力搅拌器（2）放置在一号铁架（1）的底盘上，三号注射针（4）位于一号磁力搅拌器（2）的正上方，所述三号注射针（4）的顶端与密封筒（19）的底端连接，所述密封筒（19）的顶端与压力变送器（6）的压力检测端通过密封件（5）连通，该压力变送器（6）用于检测空筒（19）内的压力，压力变送器（6）的电源输入端连接开关电源（7）的电源电压输出端，压力变送器（6）的压力信号输出端连接单片机（8）的压力信号输入端，单片机（8）的显示信号输出端与显示装置（9）的显示信号输入端通过数据总线连接；

所述的微量气体收集装置包括二号铁架（10）、二号磁力搅拌器（11）、一号注射针（13）、二号注射针（14）、电磁阀（17）、真空采样管（16）和时间继电器（15）；

二号铁架（10）的铁夹用于固定电磁阀（17），真空采样管（16）放置在二号铁架（10）的底盘上，一号注射针（13）位于二号磁力搅拌器（11）的正上方，一号注射针（13）的末端通过软管与电磁阀（17）的输入口连通，电磁阀（17）的输出口通过软管与二号注射针（14）的末端连通，二号注射针（14）的针头插进真空采样管（16）的管内，电磁阀（17）的控制端与时间继电器（15）的控制端连接。

3.根据权利要求2所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，其特征在于，采用测量发酵气体总产量的装置测量发酵气体总产量n，同时采用微量气体收集装置收集发酵气体的方法为：

步骤A1、向一号厌氧瓶（3）和二号厌氧瓶（12）内持续吹入氮气5min～10min，然后分别向一号厌氧瓶（3）和二号厌氧瓶（12）内注入营养液和底物母液；

步骤A2、分别向步骤A1中的一号厌氧瓶（3）和二号厌氧瓶（12）中加入污泥样品和磁力搅拌器的转子，10min后停止向一号厌氧瓶（3）和二号厌氧瓶（12）吹入氮气，并立刻用胶塞密封一号厌氧瓶（3）和二号厌氧瓶（12）；

步骤A3、将一号厌氧瓶（3）放置在测量气体总产量的装置的一号磁力搅拌器（2）上；将二号厌氧瓶（12）放置在微量气体收集装置的二号磁力搅拌器（11）上，一号磁力搅拌器（2）和二号磁力搅拌器（11）的转子（18）开始转动，使营养液、底物母液和污泥样品充分混合；

步骤A4、调节测量发酵气体总产量的装置的一号铁架（1）上的活动夹，使三号注射针（4）的针头插进一号厌氧瓶（3）瓶内；

步骤A5、调节微量气体收集装置的二号铁架（10）上的活动夹，使一号注射针（13）的针头插进二号厌氧瓶（12）瓶内；

步骤A6、将测量发酵气体总产量的装置中的一号铁架（1）、一号磁力搅拌器（2）、一号厌氧瓶（3）、三号注射针（4）、密封筒（19）、密封件（5）和压力变送器（6）放入恒温箱中；

步骤A7、将微量气体收集装置的二号磁力搅拌器（11）、二号厌氧瓶（12）、一号注射针（13）、二号注射针（14）、电磁阀（17）和真空采样管（16）放入恒温箱中；

步骤A8、开启开关电源（7）、显示装置（9）和时间继电器（15）；

步骤A9、在显示装置上得到发酵气体的总产量，在真空采样管（16）中收集发酵气体。

4.根据权利要求3所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，其特征在于，一号磁力搅拌器（2）和二号磁力搅拌器（11）的转子（18）开始转动，使营养液、底物母液和污泥样品充分混合，转子（18）转动时间为1小时至2小时。

5.根据权利要求3所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，其特征在于，步骤A1中所述的注入的营养液和底物母液的配置方法如下：

步骤C1、准备两份煮沸15min后的去离子水，每份去离子水中吹氮气15min直至去离子水温度与室温相同；

步骤C2、向其中一份去离子水中加入营养物，使配置成的营养液中各成分的浓度为KH₂PO₄为2500mg/L；K₂HPO₄为1000mg/L，NH₄Cl为1000mg/L；MgCl₂为100mg/L，半胱氨酸为500mg/L，酵母粉为200mg/L；

步骤C3、向另一份去离子水中加入底物药品，底物药品的成分为甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠。

6.根据权利要求3所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，其特征在于，时间继电器（15）的时间设定为2小时。

7.根据权利要求3所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，其特征在于，所述真空采样管（16）的容量为5ml。

8.根据权利要求2所述的一种测定污泥比产甲烷活性的方法，其特征在于，密封件（5）采用玻璃螺纹密封件。

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