基于关键生化反应吉布斯自由能变的热力学预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于关键生化反应吉布斯自由能变的热力学预警方法，属于生物发酵技术领域。该方法通过定期检测连续运行的厌氧发酵体系甲烷含量、挥发性脂肪酸浓度(丁酸、乙酸、丙酸、戊酸)、pH值、碳酸氢根离子浓度等数据，借助能斯特和范特霍夫方程计算厌氧消化过程丁酸产甲烷、丙酸产甲烷、戊酸产甲烷反应的吉布斯自由能变值，以其中任何一个反应吉布斯自由能变发生6％以上的显著上升变化作为厌氧消化失稳的预警信号。该预警方法具有响应灵敏，指示效应强等优点，且不受发酵原料限制，有潜力发展为一种通用型的预警手段。

【技术实现步骤摘要】
基于关键生化反应吉布斯自由能变的热力学预警方法
本专利技术涉及生物发酵
，具体涉及一种基于关键生化反应吉布斯自由能变的热力学预警方法。
技术介绍
在能源危机与环境污染的背景下，既能处理有机废弃物又能够生产清洁可再生能源的厌氧发酵技术已成为研究热点之一，然而，随着厌氧消化工程的推广和扩大，沼气工程发酵周期长、能源损耗大等问题逐渐凸显，导致资源经济浪费。目前全规模运行的厌氧消化反应器由于原料特性复杂、降解过程低效等特点，存在挥发性有机负荷过载、氨氮抑制等问题，严重时导致厌氧消化系统的失稳、失效。亟待从源头梳理科学、技术瓶颈问题，建立完善的理论体系，获得科学可靠的过程调控和能效分析方法。至今70多年的时间里，研究者们致力于寻找到合适的预警参数作为对厌氧消化进行过程监测的基础，针对反应器性能的相关指标如产气产气率及气体成分、pH值、化学需氧量、总固体去除率、中间代谢产物挥发酸的浓度、碱度等指标作为预警参数的潜力都进行了大量的深入研究，并针对性的提出了许多不同的预警策略，但这些反应器性能指标大多数只适用于特定的条件之下，针对于不同的原料和发酵类型，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于关键生化反应吉布斯自由能变的热力学预警方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在厌氧发酵反应器连续运行过程中，定期检测厌氧发酵失稳状态下的发酵体系的甲烷含量、丁酸、丙酸、乙酸、戊酸浓度、pH、部分碱度；/n将检测到的甲烷含量、丁酸、丙酸、乙酸、戊酸浓度、pH、部分碱度代入能斯特和范特霍夫方程，计算厌氧消化过程的中间代谢产物生成甲烷反应的吉布斯自由能变；/n根据吉布斯自由能变的变动范围对厌氧发酵过程进行失稳预警。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于关键生化反应吉布斯自由能变的热力学预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
在厌氧发酵反应器连续运行过程中，定期检测厌氧发酵失稳状态下的发酵体系的甲烷含量、丁酸、丙酸、乙酸、戊酸浓度、pH、部分碱度；
将检测到的甲烷含量、丁酸、丙酸、乙酸、戊酸浓度、pH、部分碱度代入能斯特和范特霍夫方程，计算厌氧消化过程的中间代谢产物生成甲烷反应的吉布斯自由能变；
根据吉布斯自由能变的变动范围对厌氧发酵过程进行失稳预警。


2.根据权利要求1所述的基于关键生化反应吉布斯自由能变的热力学预警方法，其特征在于，所述中间代谢产物生成甲烷反应的吉布斯自由能变包括丁酸产甲烷总反应，丙酸产甲烷总反应，乙酸产甲烷总反应，其中，
丁酸产甲烷反应的吉布斯自由能变：



丙酸产甲烷反应的吉布斯自由能变：



戊酸产甲烷反应的吉布斯自由能变：



其中，R为通用气体常数，值为8.314J/(mol·K)；T为发酵体系的热力学温度，K；和分别表示戊酸、丁酸、丙酸、乙酸和碳酸氢根离子浓度；为甲烷在反应体系中的分压力。

【专利技术属性】
技术研发人员：肖凡，李颖，孙永明，孔晓英，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44