一種水葫蘆與稻秸混合連續厭氧發酵過程中發酵液的總固體含量的檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及總固體含量檢測技術領域，具體涉及一種水萌蘆與稻秸混合連續厭氧 發酵過程中發酵液的總固體含量的檢測系統。
【背景技術】
[0002] 綠色可再生能源的研究開發已成為世界各國科研工作的重點。生物能源將成為未 來可持續能源系統的重要組成部分。稻秸和水萌蘆來源豐富，是作為能源化原料的首選之 一，兩者經過一定混合青貯預處理后可以用于連續厭氧發酵，產生有用的可再生清潔能源 甲烷。在連續厭氧發酵過程中，原料的最優添加量，即厭氧發酵系統的有機負荷率一直是該 領域研究人員關注的重點。總固體含量表征了樣本中固體部分的含量，其中包括了有機物 以及無機物的含量。在連續發酵過程中，出料發酵液的總固體含量常用于指導進料量的多 少，因此，快速準確地測出連續發酵出料的總固體含量，進而指導進料量情況以提高可再生 能源甲烷的產氣率，具有實際意義。
[0003]目前總固體含量的測量方法主要是：
[0004] 2540G 標準方法（APHA, 1999):
[0005] 將陶瓷干鍋放入恒溫烘箱內，烘干冷卻至室溫，稱重W1;取適量樣品，稱量干鍋和 樣品總重為W 2;將樣品連同干鍋放入烘箱（105°C，24h)，至重量不在變化；移入干燥皿冷卻 至室溫，稱重為W3。然后代入公式：
[0006]
[0007] 計算得到。
[0008] 該方法步驟繁瑣，且在烘干至恒重需要多次重復稱重烘干，并且每個階段都需要 消耗大量的時間。用馬弗爐加熱時，要分階段多種溫度多種時間的控制，這些需要消耗大 量人力和時間。常用的方法無法做到快速實時的檢測，即無法快速獲取有用信息，準確快速 指導加料情況。
【發明內容】
[0009] 針對現有技術的不足，本發明提供了一種水萌蘆與稻秸混合連續厭氧發酵過程中 發酵液的總固體含量快速檢測系統，實現了發酵液中總固體含量的快速、無損、低成本檢 測 。
[0010] -種水萌蘆與稻秸混合連續厭氧發酵過程中發酵液的總固體含量的檢測系統，包 括：
[0011] 盛放待測發酵液的樣品槽，
[0012] 扣合在樣品槽上的蓋體，蓋體有7個窗口，分別安裝有透過波長不同的濾光片，
[0013] 位于樣品槽上方的光源，
[0014] 位置可調的檢測器，用于檢測蓋體上相應位置處的漫反射率，
[0015] 控制單元，用于控制檢測器的位置使其檢測到7個窗口處的漫反射率，并根據7個 窗口處的漫反射率計算待測發酵液中總固體含量。
[0016] 本發明中光源為線光源，發出的光線為平行束光線，且垂直照射至樣品槽。作為優 選，光斑大小不小于樣品槽的半徑。進一步優選，所述光源為近紅外光源。
[0017] 檢測器可采用常見的光電探測器，獲取從窗口射出的光線的強度，該光線實際上 為置于樣品槽中的樣品對光源的漫反射光線，根據光源的強度，即可得到漫反射率。
[0018] 由于一個濾光片對應一個透過波長，因此，相應的濾光片移動至預設檢測點時檢 測器檢測到的漫反射率實際上為樣品在該濾光片對應的透過波長處的漫反射率。
[0019] 蓋體與樣品槽之間不是密封的，二者為可拆卸連接。蓋體可以透明也可不透明。實 際應用時，為保證光線能夠盡可能多的照射樣品槽內待測發酵液的表面，所述蓋體是透明 的（石英制的無色透明）。
[0020] 所述的控制單元還用于顯示并輸出計算結果，多通過計算機實現。
[0021] 本發明方法僅采用7個特征波長處的吸光度即可完成檢測，易于實現，且不需要 化學試劑，環保。
[0022] 本發明中7個窗口安裝的濾光片的透過波長分別為895nm，928nm，1079nm， 1538nm，1666nm，1676nm 和 1724nm。
[0023] 其中，930nm附近波長對應亞甲基-〇12中C-H鍵伸縮振動，1724nm附近對應亞甲 基-CH 2中C-H鍵反對稱振動一級倍頻。
[0024] 控制單元根據如下公式計算得到待測發酵液中的總固體含量：
[0025] Yts= 0. 175+8. 545X10 ^+3. 691X 10 2A2+6. 760X 10 2A3-
[0026] ，
[0027] 8. 402X 10 3A4-L 617X10 3Α5+4· 706X 10 2A6-L 102X 10 2A7
[0028] 其中，Ap A2、A3、A4、A5、AjP A 7分別為待測發酵液在各個濾光片處的標準吸光度， 且對應的濾光片的透過波長依次增大（即從A7對應的濾光片的透過波長依次增大）； 所述的標準吸光度根據相應透過波長處理的漫反射率計算得到。
[0029] 針對第i個濾光片，其對應的標準吸光度Xlttia利用公式：
[0030]
[0031] 計算得到，其中，X1為第i個濾光片對應的吸光度，X i為第k個濾光片對應的吸光 度，無:為7個濾光片對應的吸光度的平均值，i = 1，2，…，7, k= 1，2，…，7, XjPxk根據 相應的濾光片對應的漫反射計算得到。
[0032] 其中，針對任意一個濾光片，待其吸光度利A用公式：
[0033] A = log(l/R)
[0034] 計算得到，其中，R為濾光片對應的漫反射率。
[0035] 在實際應用時待檢測發酵液需要在發酵罐中進行發酵，作為優選，本發明中樣品 槽設有進樣口和出樣口，進樣口用于與發酵罐連接，出樣口用于排放已完成檢測的發酵液。
[0036] 為進一步實現全自動測量，作為優選，所述出樣口和進樣口處分布設有電磁閥，所 述電磁閥的開關狀態通過控制單元控制。
[0037] 為提高自動化程度，所述樣品槽中還設有壓力傳感器，用于檢測加入發酵液的高 度，并反饋給控制單元以控制進樣口處的電磁閥的開關裝置。當高度達到預設值時關閉進 樣口處的電磁閥。
[0038] 在實際使用時需要預先在控制單元中設定控制方案，這樣應用時直接將樣品槽 連接好，由控制單元按照預設的控制方案進行控制即可檢測得到待測發酵液的總固體含 量，大大減少了人工成本，可進行連續發酵出料的發酵液中總固體的含量。
[0039] 本發明以7個波長處的吸光度標準化處理得到的標準吸光度作為自變量，總固體 含量作為因變量，根據發酵液中總固體含量與發酵液在7個特征波長處的吸光度（標準吸 光度）的關系，實現發酵液中總固體含量的無損、快速檢測。
[0040] 與現有技術相比，本發明具有如下優點：
[0041] 系統結構簡單，易于操作，且系統維護成本低廉；
[0042] 僅采用7個特征波長處的吸光度即可完成檢測，易于實現，且不需要化學試劑，環 保；
[0043] 實現了全自動化，檢測速度快，精度高；
[0044] 可以快速、準確地測出連續發酵出料的總固體含量，進而指導進料量情況以提高 甲烷產氣率，具有良好的經濟效益，由于連續發酵時，可再生能源甲烷的產氣率與發酵環境 中的總固體含量，尤其是其中有機質部分緊密相關，傳統的測量手段通過馬弗爐連續高溫 處理來計算總固體含量需要耗費大量時間與人力。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本實施例的水萌蘆與稻秸混合連續厭氧發酵過程中發酵液的總固體含量 的檢測系統的結構示意圖；
[0046] 圖2為本實施例中建模集與預測集樣本的總固體含量的預測值與實際值的散點 分布圖。
【具體實施方式】
[0047] 下面將結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。
[0048] 如圖1所示，本實施例的水萌蘆與稻秸混合連續厭氧發酵過程中發酵液的總固體 含量的檢測系統，包括：盛放待測發酵液的樣品槽1，扣合在樣品槽上的蓋體2,蓋體有8個 窗口，分別安裝有透過波長不同的濾光片3,位于樣品槽上方的光源4,位置可調的檢測器 5,用于檢測蓋體上相應位置處的漫反射率，控制單元6,用于控制檢測器的位置使其檢測 到8個窗口處的漫反射率，并根據8個窗口處的漫反射率計算待測發酵液中總固體含量。
[0049] 樣品槽1的直徑5cm，為便于檢測器測量各個每個窗口處的漫反射率，各個窗口 形狀、尺寸相同，且按規則均勻排布在蓋體上，具體通常可尺寸根據蓋體尺寸和窗口個數設 定。
[0050] 蓋體2與樣品槽1之間不是密封的，二者為可拆卸連接。蓋體可以透明也可不透 明。為保證光線能夠盡可能多的照射樣品槽內待測發酵液的表面，本實施例中蓋體是透明 的（石英制的無色透明）。
[0051] 7個窗口安裝的濾光片3的透過波長分別為895nm，928nm，1079nm，1538nm， 1666nm，1676nm