一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，涉及生物发酵技术领域。它解决了现有技术中无法同时精确测定厌氧发酵液中碳酸氢盐碱度(TIC)和挥发性脂肪酸(VFA)质量浓度的问题。本自动滴定装置包括电源模块、人机交换模块、数据采集模块、驱动传动模块、吸液/滴液模块，它采用组合一体式结构，应用软件提供用户操作面板，对应实际仪器的面板实现对仪器的控制和信号表达功能，能通过一次滴定同时实现对厌氧发酵液中TIC和VFA质量浓度的精确测定，还可以实现pH计自动标定、自动滴定与补液、实时生成滴定曲线、数据处理、显示与存储等功能，适用于厌氧发酵液的pH、TIC和VFA质量浓度测定，还可用于其他样品的滴定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物发酵
，具体涉及一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装 置。
技术介绍
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，因此有必要研宄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一挥发性脂肪酸和碳酸氢盐碱度，有必要研宄一套可以精确测 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。
技术实现思路
经国内外文献检索，未见主要技术特征与本专利技术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，本专利技术因此提供一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的 装置。 本专利技术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)。 本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术的自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，其特征在于其中的交流转直流稳压 电源（1)输入端接220V交流电，输出端接计算机（2)、运动控制器（3)、驱动器（4)、数据采 集卡（6)、变送器（7)、电控升降机（13)、磁力搅拌器（14)和三通电磁换向阀（19)。 本专利技术的自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，其特征在于其中的pH电极（11)为 工业在线复合电极，pH电极信号由变送器（7)完成硬件滤波输出标准电流或电压信号。 本专利技术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动升降机（13) 的直线运动通过升降杆（12)和传感器卡盘（10)转化为pH电极（11)和滴头（22)的直线 运动。 本专利技术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过程其滴定 速度由计算机应用程序精确设定控制，所述的终点判断通过建立终点上下限数学模型对终 点进行自动判别。 本专利技术的自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置，其特征在于所述的吸液后间隙自 动补偿是指由计算机应用程序控制自动消除滴定管（17)、三通电磁换向阀（19)、输液管 (20)、滴头（22)中的气体间隙。 以下详细叙述本专利技术。 本专利技术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，结构如图1所示。 所述的电源模块包括交流转直流稳压电源（1)，交流转直流稳压电源（1)作为电 源供应器，输入端接220V交流电，输出端为计算机（2)、运动控制器（3)、驱动器（4)、数据采 集卡（6)、变送器（7)、电控升降机（13)、磁力搅拌器（14)和三通电磁换向阀（19)提供直流 电。 所述的人机交换模块包括计算机（2)，计算机（2)带有应用程序、运动控制器（3) 驱动程序、数据采集卡（6)驱动程序、应用软件驱动程序，滴定过程和终点判断由计算机应 用程序自动控制。 本专利技术一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置的软件控制：采用G语言 (LabVIEW)编制，以Windows为操作平台，通过RS232及USB总线或PCI总线接口形式，采用 菜单及软键等人机对话方法，根据滴定样品的种类及特性，提供多个初始化参数设定，保证 滴定过程自动准确完成。 本专利技术一种自动滴定厌氧发酵缓冲能力的装置的原理框图如图2所示。 所述的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)，所有电信号传输线采用屏蔽电缆，为确保滴定池 添加和排出液体预留足够空间，电动升降机（13)的直线运动通过升降杆（12本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董仁杰，吴树彪，陈新颖，刘良，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11