[发明专利]一种水葫芦与稻秸混合连续厌氧发酵过程中发酵液的总固体含量的检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及总固体含量检测技术领域，具体涉及一种水葫芦与稻秸混合连续厌氧发酵过程中发酵液的总固体含量的检测系统。

背景技术

绿色可再生能源的研究开发已成为世界各国科研工作的重点。生物能源将成为未来可持续能源系统的重要组成部分。稻秸和水葫芦来源丰富,是作为能源化原料的首选之一，两者经过一定混合青贮预处理后可以用于连续厌氧发酵，产生有用的可再生清洁能源甲烷。在连续厌氧发酵过程中，原料的最优添加量，即厌氧发酵系统的有机负荷率一直是该领域研究人员关注的重点。总固体含量表征了样本中固体部分的含量，其中包括了有机物以及无机物的含量。在连续发酵过程中，出料发酵液的总固体含量常用于指导进料量的多少，因此，快速准确地测出连续发酵出料的总固体含量，进而指导进料量情况以提高可再生能源甲烷的产气率，具有实际意义。

目前总固体含量的测量方法主要是：

2540G标准方法(APHA,1999)：

将陶瓷干锅放入恒温烘箱内，烘干冷却至室温，称重W₁；取适量样品，称量干锅和样品总重为W₂；将样品连同干锅放入烘箱(105℃，24h)，至重量不在变化；移入干燥皿冷却至室温，称重为W₃。然后代入公式：

计算得到。

该方法步骤繁琐，且在烘干至恒重需要多次重复称重烘干，并且每个阶段都需要消耗大量的时间。用马弗炉加热时，要分阶段多种温度多种时间的控制， 这些需要消耗大量人力和时间。常用的方法无法做到快速实时的检测，即无法快速获取有用信息，准确快速指导加料情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种水葫芦与稻秸混合连续厌氧发酵过程中发酵液的总固体含量快速检测系统，实现了发酵液中总固体含量的快速、无损、低成本检测。

一种水葫芦与稻秸混合连续厌氧发酵过程中发酵液的总固体含量的检测系统，包括：

盛放待测发酵液的样品槽，

扣合在样品槽上的盖体，盖体有7个窗口，分别安装有透过波长不同的滤光片，

位于样品槽上方的光源，

位置可调的检测器，用于检测盖体上相应位置处的漫反射率，

控制单元，用于控制检测器的位置使其检测到7个窗口处的漫反射率，并根据7个窗口处的漫反射率计算待测发酵液中总固体含量。

本发明中光源为线光源，发出的光线为平行束光线，且垂直照射至样品槽。作为优选，光斑大小不小于样品槽的半径。进一步优选，所述光源为近红外光源。

检测器可采用常见的光电探测器，获取从窗口射出的光线的强度，该光线实际上为置于样品槽中的样品对光源的漫反射光线，根据光源的强度，即可得到漫反射率。

由于一个滤光片对应一个透过波长，因此，相应的滤光片移动至预设检测点时检测器检测到的漫反射率实际上为样品在该滤光片对应的透过波长处的漫反射率。

盖体与样品槽之间不是密封的，二者为可拆卸连接。盖体可以透明也可不透明。实际应用时，为保证光线能够尽可能多的照射样品槽内待测发酵液的表面，所述盖体是透明的(石英制的无色透明)。

所述的控制单元还用于显示并输出计算结果，多通过计算机实现。

本发明方法仅采用7个特征波长处的吸光度即可完成检测，易于实现， 且不需要化学试剂，环保。

本发明中7个窗口安装的滤光片的透过波长分别为895nm，928nm，1079nm，1538nm，1666nm，1676nm和1724nm。

其中，930nm附近波长对应亚甲基-CH₂中C-H键伸缩振动，1724nm附近对应亚甲基-CH₂中C-H键反对称振动一级倍频。

控制单元根据如下公式计算得到待测发酵液中的总固体含量：

Y_TS＝0.175+8.545×10^-3A₁+3.691×10^-2A₂+6.760×10^-2A₃-

8.402×10^-3A₄-1.617×10^-3A₅+4.706×10^-2A₆-1.102×10^-2A₇