j·里德一个和A.N.戴维斯a、b
一个国家电力、可持续环境研究中心、学院健康、体育和科学,英国格拉摩根大学
b导演,分析实验室信息的解决方案
介绍
现代生物反应器是一种优秀的解决当今社会面临许多问题。厌氧消化器,例如,不仅提供了一个解决方案的安全处理堆积如山的垃圾和污泥生产也有可能提供大量的能源和化肥的终端产品。1
废物分解意味着固体含量显著降低的过程和相关的气味通常与污水污泥移除。他们也远比相当于便宜好氧消化解决方案如堆肥。最近的立法也导致了寻找其他解决方案以外的各种废水的处理垃圾填埋或燃烧。
尽管这种技术的承诺是明确和厌氧消化器已经广泛部署尤其是在欧洲大陆,门肯的古训bdapp官方下载安卓版“总有一种简单的方法可以解决每一个人类problem-neat,似是而非,和错误的”拥有非常真实。这个问题的专栏最近的一些报告由一个多学科团队工作量化的能力近红外(NIR)光谱在广泛和成功应对复杂问题的优化厌氧消化操作。半岛综合体育官方APP下载德甲2使调查更困难他们排除了任何形式的离线或行附近的预处理样品,跑三个生物反应器在一起获得的数据可以用来看看底层数据可以用来生成预测和闭环控制模型是普遍适用的,而不是局限于单个反应堆(参见图1)。
定义问题
厌氧消化本身是一个复杂的多步骤过程使用的细菌。反应堆研究单级核反应堆操作在半连续流模式至少四组的细菌执行不同的任务,需要保持平衡。复杂的平衡,团队感兴趣的测量和监测,以评估的可行性实施更多的智能闭环生物反应器控制机制。
在高级别上,平衡可以描述如下。最初细菌水解分解大型有机聚合物糖类和氨基酸,而引起酸化的细菌转化为二氧化碳、氢气、氨和有机酸。的把有机酸转化为乙酸,乙酸细菌氨、氢和二氧化碳,产甲烷细菌完成消化甲烷和二氧化碳(参见图2)。
反应堆设计可以运行批处理和连续流模式。在连续流反应器的运营商需要平衡输入功能的细菌种群消化他们喂养,否则麻烦开始在人类!加载控制的一个典型的失败会导致乙酸,产甲烷细菌不应对大量的挥发性脂肪酸(VFA)引起酸化的细菌呈现给他们的一步。随后建立vfa导致碳酸氢盐碱度下降(BA)和pH值进一步抑制产甲烷菌的功能。然后这就会成为一个恶性循环导致崩溃的过程和反应堆的微生物种群的死亡。
现有的监测
目前大多数部署厌氧消化器使用一组极其有限的监测传感器一般日志只有温度和气体流动。偶尔,气体质量测量现场但任何生化过程本身局限于实验室数据digestate或反应堆内容抽样和测量进行间歇性和离线。
缺乏可靠的数据精确的生物反应器,小费和风险的平衡细菌种群的崩溃过程,通常意味着厌氧消化器运行非常保守和效率低下。如果更好的嵌入式监控系统可以证明及时交付所需的性能信息和健壮的方式这些消化器可以更高效地运行和有效的方式增加吞吐量。
许多研究看厌氧消化池多年监测的复杂性问题,不同输入参数和加载率很难产生模型,能够强劲后,各种各样的参数需要监控是否实现闭环控制。
近红外光谱半岛综合体育官方APP下载德甲
近红外光谱学多次报道半岛综合体育官方APP下载德甲半岛综合体育官方APP下载德甲光谱学欧洲bdapp官方下载安卓版作为一种工具的选择在许多分析领域。它通常可以发现作为一个标准的过程分析工具尤其是在制药和食品行业。部署在厌氧消化器是更复杂的由于相对较低的固体样品中导致了早期研究集中批量抽样常常与样品干燥制备步骤尝试光谱学之前。半岛综合体育官方APP下载德甲发展的闭环控制,这明显是不可取的。
三个光学几何图形相比过去已经在线测量:传播,transflexion和反思。作为一个学术活动,显然,传输单元矩阵提供了最好的结果,但在调查中重要的样品处理或过滤是必需的。不幸的是,如果直接部署到生物反应器的技术是在不改变样品被观察到它需要使用的反射探头。
这里的研究报告看着标准反射探头,最实用的解决方案厌氧消化器,看着周围的环境生物反应器控制以及原料管理。
仪器部署PerkinElmer 100 n光谱仪配备了一个近红外反射率配件(NIRA)。样本扫描的范围在4000 - 12000厘米1在16厘米1平均250分辨率,扫描信号。
的厌氧消化器
三20 L规模的厌氧消化器操作使用的混合物小学和激活污水污泥废水中发现的典型的行业。主要和废物的混合活性污泥(是)约70:30和总固体水化妆后~ 5%。
参考数据获得的离线总固体(TS)、挥发性脂肪酸(VFA),碳酸氢盐碱度(BA)和挥发性固体(VS)和光谱匹配参考采样时间点收集的数据。运行的三个反应堆共有57天。
进行原料分析混合物的主和活性污泥法,但不同比例的主活性污泥从0%降至100%,维持5%的总固体含量(见图3)。
数据分析
进行主成分分析(PCA)反应堆的数据一看不同操作条件下的反应堆。反应堆开始使用标准70:30主要活性污泥比在一个安全的意思是有机加载速率的2.6克每升挥发性固体产生的水力停留时间15天,温度35°C。这些条件(OC1和OC3)回到每次扰动后的稳态条件(见图4)。
模拟不同原料的到来及其影响反应堆,装运是切换到纯活性污泥的加载速率的意思是12和13 2.8天,OC2情节的戏剧性的效果可以看到如图4所示。
反应堆被允许回到稳定状态条件(14-39 OC3-5:天)前温度扰动的影响(OC6:天40至49)以及加载率和保留时间(OC7: 50 - 54天,OC8:天55-57)进行反应堆,直到死亡。
这显然PCA分析了近红外光谱的能力遵守反应堆变化,因此用于反应堆监测和提供早期预警的偏离稳定状态。能力进行测量,将增加反应堆的诊断问题允许适当的对策来避免反应堆启动失败或只是在闭环控制反应堆更有效地运作会更有用。
调查如果近红外光谱也可以在这个角色校准进行了半岛综合体育官方APP下载德甲基于光谱获得了57天的两个反应堆和校准参考上面列出的值。偏最小二乘(PLS)校准验证没有参考数据集内交叉验证,而是完全独立验证使用数据从第三反应堆。这给了一个更好的鲁棒性和可转移性的感觉不同的血管生物反应器之间的校准。
图5显示了不同的校准结果的分析物在考虑以及模型监测活性污泥的比例。
结果和结论
的范围内的目标显然这项工作图5显示的功能近红外光谱的不同分析物浓度在生物反应器在扰动。半岛综合体育官方APP下载德甲图6显示了这个跟踪随着时间的推移,反应堆总数和挥发性固体,vfa和碳酸氢盐碱度。
显然,有更准确的实验室方法定量确定确切的各种分析物的浓度但模型的验证表明,可以按照各种分析物的浓度趋势不同反应堆使用光谱方法有利越少,但更process-applicable反射近红外光谱技术。更好的相关性可能是通过掺杂浓度校准的样本范围扩大与但这把反应堆矩阵在其正常操作范围,因此只会人为地提高了统计数据没有提供任何现实的改进方法的鲁棒性的理解。
引用
- 厌氧消化看到更多的信息www.walesadcentre.org.uk
- 摩根大通(J.P.芦苇,d·德夫林S.R.R.能够r . Dinsdale A.J. Guwy,“性能参数预测污水污泥消化器使用反射FT-NIR光谱学”,半岛综合体育官方APP下载德甲水的研究45 (8),2463 - 2472 (2011)。
