一种好氧生物降解性测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种好氧生物降解性测试系统及方法，系统包括：氧气供给单元用于存放好氧生物降解反应所需的氧气；气体计量单元用于通过进气管将所述氧气供给单元中的氧气导入至所述好氧发酵单元；气体计量单元，通过导气管与氧气供给单元连接，用于计算出负压导入所述好氧发酵单元中的消耗气体体积；数据处理单元用于反应过程数据采集，根据所述消耗气体体积，计算所述降解反应的生物降解率；好氧发酵单元，包括：发酵瓶和两级原位吸附模块，放置于恒温培养箱内部；发酵瓶用于进行降解反应；两级原位吸附模块用于吸附所述发酵瓶内降解反应所产生的二氧化碳。本发明专利技术自动化程度高，操作简单，使用方便，测试效率高。测试效率高。测试效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种好氧生物降解性测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及生物降解测定仪技术，具体涉及一种好氧生物降解性测试系统及方法。

技术介绍

[0002]废弃有机污染物中有些能够在自然环境酶的催化作用下，通过氧化、还原、水解、脱氢、脱中等一系列化学反应，使复杂的有机化合物转变为简单的有机化合物或无机化合物，但有相当一部分，在自然环境下较难降，对人类和生态造成巨大威胁。在有机污染物生物降解研究中，很重要的一点是有机污染物的生物降解究竟能进行到什么程度。因此，准确测量有机污染物的微生物好氧降解性对研究好氧发酵处理有机废弃物技术具有重要的意义。
[0003]近年来，对有机固废和塑料等材料的生物降解性能需求不断增长。关于这类化合物在好氧条件下的迁移转化规律以及对环境的影响通过许多不同的方法理论进行了大量的科学研究。虽然在过去30多年中已经可以对成千上万种的不同化合物在好氧条件下的生物降解性能进行定量化测试，但不同文献中的生物降解性能数据很难进行对比分析。这主要是因为试验条件和所用测试方法的多种多样。例如，接种液，营养混合物，液体体积和顶部空间的容量，pH，顶部空间的压力和物料混合程度都有可能不同。这种差异对于好氧条件下化合物的测试尤为明显。
[0004]好氧生物降解能力可以由消耗的氧气体积来测定, 也可以由底物消耗量来测定或者是由不同微生物作用的中间产物和最终产物的组成来测定。常规技术是利用数字压力传感装置测定封闭瓶子中的顶空压力，同时通过总有机碳（TOC）分析仪测定无机碳（IC）的量来测定溶解的CO2的量。这类方法需要定期人工操作，且误差较大。
[0005]气液置换(经典排水法)系环境领域厌氧消化相关研究常用的微量气体测量方法，有较高的测量精准度，一直用于正压产气的测量。但排水法基本没有用于好氧生物降解消耗氧气等负压产气的测量。另外，对于好氧生物降解性测试系统来说，发酵产生二氧化碳气体的高效吸附固定是测试精准的关键，也是整套标准化系统的核心部件，通常采用发酵罐软管连接单独设计的碱液吸附装置来进行生物降解性能的测试。近年来，一些研究人员和公司针对有机物的生物降解提出了堆肥生物降解性的测试方法。例如，中国技术专利，申请号为CN201721917449.X公开了一种微生物降解呼吸仪，该装置采用气泡计数(红外计数)法计量气体消耗测定耗氧速率，自动化程度高。然而，异位碱液吸收效率低，且不同气体流速下产生的气泡大小(即体积)不一样，这都会导致较大的测量误差；中国技术专利申请号为CN202120574548.2公开了一种全自动生化需氧量测定仪，基于排水法原理实施软硬件结合，实现自动化测定。但该技术未在吸附单元前面加冷凝装置，会导致反应器内大量水蒸气进入吸附单元，影响堆肥的有效降解。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术实施例提供了一种好氧生物降解性测试系统及方法，解决了现有技术中由于二氧化碳吸附效率低，无法有效防止物料中的水分蒸发，造成物料降解反应不顺畅，同时水汽冷却后回流稀释碱液，使得碱液的利用效率低，还需要频繁地更换碱液，造成人力浪费。
[0007]根据第一方面，本专利技术实施例提供了一种好氧生物降解性测试系统，包括：包括：氧气供给单元、好氧发酵单元、气体计量单元以及数据处理单元，其中，所述氧气供给单元用于存放好氧生物降解反应所需的氧气；所述气体计量单元，通过进气管与所述好氧发酵单元连接，用于将所述氧气供给单元中的氧气导入至所述好氧发酵单元，所述进气管上设有单向阀，用于控制气体流向；通过导气管与所述氧气供给单元连接，用于计算出负压导入所述好氧发酵单元中的消耗气体体积；所述好氧发酵单元用通入的氧气改善反应传质，对所述好氧生物进行降解反应；所述数据处理单元用于反应过程数据采集，根据所述消耗气体体积，计算所述降解反应的生物降解率；所述好氧发酵单元，包括：恒温培养箱、发酵瓶以及两级原位吸附模块，其中，所述的发酵瓶和两级原位吸附模块，放置于恒温培养箱内部；所述发酵瓶用于进行降解反应，所述降解反应是通过反应物料被所述好氧生物降解进行的反应；所述两级原位吸附模块用于吸附所述发酵瓶内降解反应所产生的二氧化碳。
[0008]本专利技术实施例提供的好氧生物降解性测试系统，自动化程度高，操作简单，使用方便，可多个通道并行工作处理多个样品，测试效率高；氧气经气体流量计进入好氧发酵系统促进物料进行降解反应，反应产生的二氧化碳被吸附，反应器中产生的负压导致外部氧气得到补充；提高了数据的准确性，并且自动化的处理极大地减少了人力消耗。
[0009]结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述好氧发酵单元，还包括：搅拌装置，所述搅拌装置为机械搅拌棒或磁力搅拌子。
[0010]其中，所述机械搅拌棒或磁力搅拌子设置于发酵瓶内，用于促进所述发酵瓶中的好氧微生物与氧气的接触，增加溶解氧，加快物料的混合以实现物料传递和热量传递，进而促进降解反应的进行。
[0011]结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述两级原位吸附模块，包括：固体吸附模块及液体吸附模块，其中，所述固体吸附模块设置于所述发酵瓶的内部瓶口以下，通过卡口固定，用于初级吸附降解反应产生的二氧化碳；所述液体吸附模块设置于所述发酵瓶的瓶口上方，通过螺纹口拧紧固定，用于吸附所述固体吸附模块未吸附的二氧化碳。
[0012]结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述固体吸附模块包括碱块盛放腔体，腔体侧壁上设计有便于二氧化碳渗透进入的格栅孔结构；所述液体吸附模块包括顶盖外倒锥形斜面回流结构，用于使所述发酵瓶中的冷凝
水汽回流到发酵瓶中。
[0013]结合第一方面第二实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述液体吸附模块包括：顶盖外倒锥形斜面与顶盖形成的双层腔体，用于在所述双层腔体中注入氟化冷却液，以防止物料的中水分的流失。
[0014]结合第一方面第二实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述液体吸附模块还包括：顶部注液孔及底部排液口；所述顶部注液孔在顶盖面采用突出立柱结构便于向所述液体吸附模块中注入碱液，所述底部排液口位于所述液体吸附模块底部水平面最低处，便于排尽所述液体吸附模块中的碱液。
[0015]结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，所述系统还包括数据处理单元，所述数据处理单元包括温度传感器和压力传感器，所述的温度传感器和压力传感器连接于气体计量单元内，用于换算为标准状况下耗氧气体体积。
[0016]根据第二方面，本专利技术实施例提供的好氧生物降解性测试方法，应用于第一方面任一所述的一种好氧生物降解性测试系统，包括：接收氧气供给单元中的氧气，确定氧气浓度，并通过气体计量单元计算消耗气体体积；利用导入的所述氧气对好氧生物进行降解反应；根据所述消耗气体体积和氧气浓度计算出所述降解反应所产生的CO2浓度；根据所述CO2浓度计算所述降解反应的生物降解率，所述生物降解率代表好氧生物降解性。
[0017]结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述根据所述CO2浓度计算所述降解反应的生物降解率，包括：通过以下公式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种好氧生物降解性测试系统，其特征在于，包括：氧气供给单元、好氧发酵单元、气体计量单元以及数据处理单元，其中，所述氧气供给单元用于存放好氧生物降解反应所需的氧气；所述气体计量单元通过进气管与所述好氧发酵单元连接，用于将所述氧气供给单元中的氧气导入至所述好氧发酵单元，所述进气管上设有单向阀，用于控制气体流向；所述气体计量单元通过导气管与所述氧气供给单元连接，用于计算出负压导入所述好氧发酵单元中的消耗气体体积；所述数据处理单元用于采集反应过程的数据，根据消耗气体体积，计算所述降解反应的生物降解率；所述好氧发酵单元，包括：恒温培养箱、发酵瓶以及两级原位吸附模块，其中，所述的发酵瓶和两级原位吸附模块，放置于恒温培养箱内部；所述发酵瓶用于进行降解反应，所述降解反应是通过反应物料被所述好氧生物降解进行的反应；所述两级原位吸附模块用于吸附所述发酵瓶内降解反应所产生的二氧化碳。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述好氧发酵单元，还包括：搅拌装置，所述搅拌装置为机械搅拌棒或磁力搅拌子。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述两级原位吸附模块，包括：固体吸附模块及液体吸附模块，其中，所述固体吸附模块设置于所述发酵瓶的内部瓶口以下，通过卡口固定，用于初级吸附降解反应产生的二氧化碳；所述液体吸附模块设置于所述发酵瓶的瓶口上方，通过螺纹口拧紧固定，用于吸附所述固体吸附模块未吸附的二氧化碳。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述固体吸附模块包括碱块盛放腔体，腔体侧壁上设计有便于二氧化碳渗透进入的格栅孔结构；所述液体吸附模块包括顶盖外倒锥形斜面回流结构，用于使所述发酵瓶中的冷凝水汽回流到发酵瓶中。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述液体吸附模块包括：顶盖外倒锥形斜面与顶盖形成的双层腔体，用于在所述双层腔体中注入氟化冷却液，以防止物料的中水分的流失。6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述液体吸附模块还包括：顶部注液孔及底部排液口；所述顶部注液孔在顶盖面采用突出立柱结构便于向所述液体吸附模块中注入碱液，所述底部排液口位于所述液体吸附模块底部水平面最低处，便于排尽所述液体吸附模块中的碱液。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括数据处理单元，所述数据处理单元包括温度传感器和压力传感器，所述的温度传感器和压力传感器连接于气体计量单元内，用于换算为标准状况下耗氧气体体积。8.一种好氧生物降解性测试方法，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一所述的一种好氧生物降解性测试系统，包括：
接收氧气供给单元中的氧气，确定氧气浓度，并通过气体计量单元计算消耗气体体积；利用导入的所述氧气对好氧生物进行降解反应；根据所述消耗气体体积和氧气浓度计算出所述降解反应所产生的CO2浓度；根据所述CO2浓度计算所述降解反应的生物降解率，所述生物降解率代表好氧生物降解性。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述CO2浓度计算所述降解反应的生物降解率，包括：通过以下公式计算在标准大气压下， 0℃温度下降解反应的二氧化碳理论释放量ThCO2，以克表示：式中：M
VS
——试验开始加入堆肥容器的试验材料中的挥发性固体，单位为克；C
VS
——试验材料中总有机碳与挥发性固体的比，单位为g/g；44和12——分别表示二氧化碳的分子量和碳的原子量；通过以下公式计算好氧生物降解反应的生物降解率D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，范长征，薛寒光，
申请(专利权)人：湖南碧臣环境能源有限公司，
类型：发明
国别省市：