一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法技术

本发明专利技术涉及厌氧消化体系的检测方法，公开了一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法。该方法包括酶的提取、电极的预处理、酶电极的制备以及将制备的酶电极应用到厌氧消化体系中检测分析该厌氧消化过程。该检测方法对厌氧消化进程的检测快捷有效，更有利于分析厌氧消化过程；通过观察参数从而判断酶对厌氧消化进程的影响，判断检测污泥的厌氧消化过程是否相对稳定，从而找到有效途径来提高厌氧消化的产气效率；无需使用大量的化学试剂，不会对环境造成污染和后续处理复杂。

An electrochemical method for detection and analysis of anaerobic digestion system

The invention relates to a detection method for an anaerobic digestion system, and discloses an electrochemical method for detecting and analyzing an anaerobic digestion system. The method includes enzyme extraction, electrode pretreatment, preparation of enzyme electrode and application of enzyme electrode in anaerobic digestion system to detect and analyze the anaerobic digestion process. The method can detect the anaerobic digestion process quickly and effectively, and is more conducive to the analysis of the anaerobic digestion process; by observing the parameters to judge the influence of enzymes on the anaerobic digestion process, judge whether the anaerobic digestion process is relatively stable, so as to find an effective way to improve the efficiency of anaerobic digestion; With a large amount of chemical reagents, it will not cause pollution to the environment and complicate subsequent processing.

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法
本专利技术涉及厌氧消化体系的检测方法，特别涉及一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法。
技术介绍
目前，我国利用厌氧消化技术进行固体废弃物处理已被广泛利用，例如污泥、农作物秸秆、养殖场粪便物等处理，既可以减少废弃物的产量，又可以产生清洁能源，但是厌氧消化过程复杂，受到多种因素的影响，例如温度、酸碱度、底物组分和有毒物质，从而导致厌氧消化产气率低，使资源无法得到有效的利用。现有技术的厌氧消化产气的分析研究大多通过COD、挥发性脂肪酸、甲烷产气量等因素来探究厌氧消化过程，或者通过各个影响因素之间的关系来探究厌氧消化体系；例如COD的测定，采用重络酸钾或者分光光度法，实验中会采用大量的化学试剂，并且消解过程会消耗的时间长，测定的结果不准确；污泥中挥发性脂肪酸、总氮或总磷等指标的测定，不仅需要消耗化学试剂，同样消耗时间长，仪器设备复杂；总之，这些传统方法大多需要在厌氧消化期间每天进行指标的测定，基本都存在分析测定周期长、数据量繁冗以及测定结果精确度不高等弊端，同时在测定过程中会使用大量的化学试剂，从而会对环境造成污染和后续处理复杂。电化学是指将两种活泼性不同的金属或者是一种金属与惰性电极用导线连接后，插入电解质溶液中，形成闭合回路，可以通过电极电位、电流、电压等物理量来检测溶液中物质的电化学性质及其迁移转换变化规律，但是现有技术中鲜少有将电化学方法应用到检测分析厌氧消化过程，并通过分析结果提高厌氧消化的产气效率。因此，提供一种快速、准确及环保的电化学方法来检测厌氧消化过程，具有重要意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中检测污泥厌氧消化过程的方法存在周期长、数据量繁冗以及测定结果精确度不高的技术问题，本专利技术提供了一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法，具体包括以下步骤：(1.1)电极预处理用Al2O3抛光粉将工作电极进行抛光处理，并在去离子水中超声洗涤，最后用纯水清洗后晾干备用；(1.2)酶的提取取极少量的待测厌氧活性污泥1-3ml，并对其进行超声处理、低温离心，并保留上清液，将酶从上清液中提取出后保存备用；作为优选，低温离心的温度为2-4℃，离心的时间为10-20min；(1.3)固定化酶电极采用预处理后的电极和从活性污泥中提取的酶制备固定化酶电极；(1.4)检测厌氧消化过程将上述固定化酶电极作为工作电极，将工作电极、参比电极和对比电极的三电极系统插入到待测厌氧活性污泥中，与电化学工作站连接好，测定待测厌氧活性污泥的厌氧消化过程，记录并输出电流、电压和氧化还原电位变化，通过分析数据变化来提高厌氧消化的产气效率。三电极的具体种类没有具体的限制，可以根据具体需要进行选择，本专利技术将玻碳电极作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，铂电极作为参比电极。本专利技术提供了一种电化学方法研究厌氧消化过程，通过将酶固定于电极，构建电极体系，通过电化学测试来探究厌氧消化过程，并通过分析结果干预厌氧消化过程，提高厌氧消化的产气效率。需要说明的是，步骤(1.3)所述的制备固定化酶电极的方法没有具体限制，可以根据酶的性质选用合适的酶电极制备方法，例如可以采用组合法，将酶和电极材料简单的混合以制定固定化酶电极；也可以采用交联法，通过双功能团试剂在酶分子之间形成网状结构固定酶方法；同样也可以采用包埋法使酶在凝胶或聚合物中保留制备酶电极；作为优选，本专利技术酶固定方法采用吸附法，将酶滴涂到电极表面，通过吸附作用在电极表面形成酶膜后晾干备用，该方法价格低廉，操作简单，不易破坏酶分子的高级结构，同时可以使酶电极的性质保持稳定。在步骤(1.4)中，三电极插入到待测厌氧活性污泥后，通入氮气以去除系统中的氧气，以免影响分析结果；在步骤(1.4)中，测定待测厌氧活性污泥的厌氧消化过程的方法也没有具体的限制，可以根据实际需要选择循环伏安法、示差脉冲伏安法、方波循环伏安法或者交流阻抗法一种，从而实现对目标物的检测分析，通过观察电流变化探究厌氧消化体系。本专利技术采用三电极系统，以酶修饰电极作为工作电极，测定待测厌氧活性污泥的厌氧消化过程，记录并输出电流、电压或氧化还原电位变化，可以明显的看出电压电流变化明显，氧化还原电位差变大，证明酶会促进厌氧消化中化学反应进程，从而产生更强的电流信号，说明本专利技术提供的采用酶修饰电极作为工作电极可以检测和分析厌氧消化过程，直接快速的获得电流电压或氧化还原电位参数作为评定指标；并且可以通过本专利技术提供的电化学检测方法来表征分析厌氧消化过程，通过观察参数从而判断酶对厌氧消化进程的影响，判断检测污泥的厌氧消化过程是否相对稳定，从而找到有效途径来提高厌氧消化的产气效率；该检测方法灵敏度高，准确度高，适用于微量组分的分析，厌氧消化中只需取少量的厌氧污泥(1-3ml固液均匀的厌氧污泥)进行酶的提取，一次测定只需1-2min，与传统的检测方法相比，采用电化学方法更加快捷有效。由以上技术方案可知，本专利技术提供的检测分析厌氧消化体系的电化学方法，快捷有效，更有利于检测和分析厌氧消化过程；通过检测参数变化来判断检测污泥的厌氧消化过程是否相对稳定，从而找到有效途径来提高厌氧消化的产气效率；该检测方法无需使用大量的化学试剂，不会对环境造成污染和后续处理复杂。具体实施方式本专利技术公开了一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本专利技术当中。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利技术，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。对比例1：未经过酶修饰的玻碳电极作为参照工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，铂电极为对比电极，将参照三电极系统插入到待测厌氧活性污泥中，与电化学工作站连接好，通入氮气以去除系统中的氧气，采用示差脉冲伏安法测定待测厌氧活性污泥的厌氧消化过程，记录并输出电流、电压或氧化还原电位变化。通过最终电流、电压或氧化还原电位的变化情况来看，无酶附着的电极作为工作电极，不能促进厌氧消化中化学反应进程，氧化还原电位差很小，电流电压变化信号不明显，各个参数不能用来检测分析厌氧消化过程，故而无酶附着的电极作为工作电极无法检测厌氧消化过程。实施例1(1.1)电极预处理用Al2O3抛光粉将玻碳电极进行抛光处理，并在去离子水中超声洗涤，最后用纯水清洗后晾干备用；(1.2)酶的提取取2ml待测厌氧活性污泥，并对其进行超声处理，然后2℃低温离心，离心15min并保留上清液，将酶从上清液中提取出后保存备用；(1.3)固定化酶电极将预处理后的电极和从活性污泥中提取的酶制备固定化酶电极，采用吸附法将酶滴涂到电极表面，通过吸附作用在电极表面形成酶膜后晾干备用；(1.4)检测厌氧消化过程将固定化酶玻碳电极作为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极、铂电极为对比电极，将该三电极系统插入到待测厌氧活性污泥中，与电化学工作站连接好，通入氮气以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1.1)电极预处理用Al2O3抛光粉将工作电极进行抛光处理，并在去离子水中超声洗涤，最后用纯水清洗后晾干备用；(1.2)酶的提取取少量固液均匀的待测厌氧活性污泥，并对其进行超声处理、低温离心，并保留上清液，将酶从上清液中提取后保存备用；(1.3)固定化酶电极采用预处理后的电极和从活性污泥中提取的酶来制备固定化酶电极；(1.4)测定厌氧消化过程将上述固定化酶的电极作为工作电极，将工作电极、参比电极和对比电极的三电极系统插入到待测厌氧活性污泥中，与电化学工作站连接好，测定待测厌氧活性污泥的厌氧消化过程，记录并输出电流、电压或氧化还原电位变化规律，直接获得评定指标，并通过分析数据变化来提高厌氧消化的产气效率。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测分析厌氧消化体系的电化学方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1.1)电极预处理用Al2O3抛光粉将工作电极进行抛光处理，并在去离子水中超声洗涤，最后用纯水清洗后晾干备用；(1.2)酶的提取取少量固液均匀的待测厌氧活性污泥，并对其进行超声处理、低温离心，并保留上清液，将酶从上清液中提取后保存备用；(1.3)固定化酶电极采用预处理后的电极和从活性污泥中提取的酶来制备固定化酶电极；(1.4)测定厌氧消化过程将上述固定化酶的电极作为工作电极，将工作电极、参比电极和对比电极的三电极系统插入到待测厌氧活性污泥中，与电化学工作站连接好，测定待测厌氧活性污泥的厌氧消化过程，记录并输出电流、电压或氧化还原电位变化规律，直接获得评定指标，并通过分析数据变化来提高厌氧消化的产气效率。2.如权利要求1所述的电化学方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周骏，杨晓琪，宫磊，由晓刚，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37