气相色谱法分析发酵生物气成分及含量的研究

第25卷 第2期 天 津 农 学 院 学 报 V ol. 25，No. 2 2018年6月 Journal of Tianjin Agricultural University June ，2018

收稿日期：2017－11－17

基金项目：天津市应用基础与前沿技术研究计划青年项目（16JCQNJC08200）；天津市大学生创新创业训练计划项目（201710061115） 作者简介：叶天一（1998－），男，本科在读，主要研究方向为有机物厌氧发酵。E-mail：1692044841@。

通信作者：刘新媛（1987－），女，讲师，博士，主要从事固体废弃物厌氧发酵和再生利用方面的研究。E-mail：liuxinyuan11@。

文章编号：1008-5394（2018）02-0060-04 DOI：10.19640/ki.jtau.2018.02.015

气相色谱法分析发酵生物气成分及含量的研究

叶天一，刘新媛

通信作者

，聂家民，杨杰，韩泽禹

（天津农学院 工程技术学院，天津 300384）

摘 要：发酵生物气通常包含多种可再生优质能源气体，具有成分复杂、组成多变的性质。本研究建立发酵生物气主要成分的气相色谱分析法，可同时分离氢气、氮气、甲烷和二氧化碳4种气体。在定量分析中，得到了线性范围内拟合度较高的标准曲线，并且该方法的精密度和准确度较高。将该方法用于餐厨垃圾两相厌氧发酵产氢产甲烷批式试验的发酵气成分分析，获得了气相主要成分的变化规律。

关键词：发酵生物气；气相色谱法；成分分析；热导检测器 中图分类号：S216.4 文献标识码：A

Application of gas chromatography in analysis of fermentation biogenic

gas composition and content

YE Tian-yi, LIU Xin-yuan Corresponding Author , NIE Jia-min, YANG Jie, HAN Ze-yu

（College of Engineering and Technology, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China ）

Abstract: Fermentation biogenic gas is generally composed of several renewable energy gases with complex and changeable composition. A method for determination of hydrogen, nitrogen, methane and carbon dioxide simultaneously in fermentation biogenic gas was established by gas chromatography in this study. The chromatographic peaks were identified efficiently. The standard curves were well fitted in their linear ranges and the component analysis method was capable of very high precision and accuracy. This method was applied in the component analysis of the produced gas in two-stage hydrogen-methane fermentation process for treating food waste, and the way of main composition of fermentation gas change in batch experiment was achieved. Key words: fermentation biogenic gas; gas chromatography; component analysis; thermal conductivity detector

随着世界范围内能源消耗量的不断提高，由传统化石燃料燃烧引起的环境污染和能源危机日益严峻，因此，可再生能源的开发得到了人们的广泛关注。在各类可再生能源中，生物质能储量丰富、取材便利、无毒无害，并且多为废弃有机物，开发生物质能源具有环境和能源的双重效益，极大地促进社会的可持续发展[1]

。

有机质发酵制备生物气体是生物质能转化的重要方面，其中沼气发酵已应用于市政污泥、畜禽粪便、有机废液等废弃物处理的工程实践中，为有机废物的资源化处理发挥着重大作用

[2-3]

。发酵气体是厌氧发酵系

统的最终代谢产物之一，而关键发酵生物气体的成分分析是发酵系统运行的重要环节。

发酵气体的成分不仅表征了气体的品质和产量，反映了厌氧发酵所处的阶段，还有助于检测厌氧发酵工艺运行状况及故障排查[4]

。

沼气是生物气体的重要形式之一，是有机物在厌氧条件下经过完整的水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷四阶段生化反应而生成的气体产物。沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷是提供能源的最有效成分，甲烷浓度越高，则有机物的能源转化效率越高[5]

。

二氧化碳在有机物酸化和甲烷化的过程中生成，若发酵系统过于酸化，则二氧化碳浓度将更高。因此，甲烷和二氧化碳的浓度可用于指示发酵系统的运行性能。此外，在沼气净化系统中，脱碳工艺的运行负荷与二氧化碳的浓度和产气量直接相关，检测二氧化碳含量为沼气净化系统的设计、运行和管理提供基础数据。在易降解有机物沼气发酵的工艺启动阶段，发酵生物气体中若出现高浓度的氢气和二氧化碳，则指示沼气发酵的酸化和甲烷化失衡，需采取发酵工艺启动调控措施[6]。氢气本身是优质能源气体、其燃烧无