CN103675214A

CN103675214A - 一种测量生化产甲烷潜力的装置和方法

Info

Publication number: CN103675214A
Application number: CN201310719198.4A
Authority: CN
Inventors: 刘荣厚; 孙辰; 曹卫星
Original assignee: Shanghai Jiao Tong University
Current assignee: Shanghai Jiao Tong University
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN103675214B

Abstract

本发明提供了一种测量生化产甲烷潜力的装置及方法，该装置包括发酵反应装置、气体采集装置、溢流槽，该方法包含以下步骤：装置的连接和系统气密性检查；接种物预处理；发酵液配制；无氧无二氧化碳环境的建立；气体采集和集气管液面重置；成分测定；生化产甲烷潜力的计算。本发明的方法具有测试结果准确可靠，易操作，重复性好等优点，同时装置搭建简易，成本低，结构简单，使用寿命长，占地面积小。

Description

一种测量生化产甲烷潜力的装置和方法

技术领域

本发明涉及的是一种生物质厌氧消化领域的装置和方法，具体的说，涉及的是一种测量生化产甲烷潜力（Biochemical Methane Potential，BMP）的装置和方法。

背景技术

作为最具前景的生物质能源生产方式之一，生物质厌氧消化产生物甲烷的工艺以厌氧微生物的生理生化反应为手段，将生物质中的大分子的有机物逐级降解为小分子的有机酸和气体，完成有机物消化降解的过程中同时产生以生物甲烷为目标产物的新能源。此过程中，某种生物质的生化产甲烷潜力与底物生物质降解特性直接相关，是发酵动力学中的目标参数，同时，生化产甲烷潜力可以用于衡量厌氧消化过程经济性，可以作为评价厌氧消化过程优劣的重要参数。

目前关于生化产甲烷潜力的测定装置及方法，一般包含发酵反应装置、气体收集装置，气体测量及计算方法、及装置的使用方法等部分构成。发酵反应装置分为静态BMP发酵装置和连续搅拌的BMP发酵装置两种类型。气体收集装置有使用排水集气法、气体压力传感器法、气体流量测量法、气袋采集法等类型。生物甲烷产量一般用气相色谱法辅助测定，或者通过甲烷净化装置后直接读数的方法，不管使用何种方法进行测定，将结果最终转换为单位质量挥发性组分产生的标准状态下的生物甲烷产量。例如美国ASTM标准E2170–01和相关文献中提到的测量BMP的试验，涉及到使用血清瓶进行静态的发酵试验，使用血清瓶上部空间对所产气体进行暂时储存，使用压力传感器记录血清瓶中气体压力的变化并将压力数据转换为标准状态下的气体体积，周期性的释放血清瓶中积累的混合气体并测定混合气体含量。该法操作规范重复性好，但是由于使用体积一定的发酵容器同时作为气体的储存场所，常导致产生的混合气体中的二氧化碳在高于大气压的状态下以碳酸根和碳酸氢根的形式溶于发酵液中，一则会引入生物甲烷的测量值偏大的试验误差，二来改变发酵液自然状态下的酸碱平衡体系，使发酵液偏酸，导致试验结果无法反应生物质真实的生物可降解性和生化产甲烷潜力。虽然可以通过发酵结束后使用碱液回滴发酵液的方式重新计算生化产甲烷量矫正前一种误差，但是这无疑增加了试验的工作量和复杂程度，同时第二种试验偏差也始终无法通过其他手段矫正。此外，该装置和方法涉及到使用压力传感器量取反应所产气体量，需要额外的电源输入并且装置的制作工艺比较复杂，如果购买商业化产品则需要较大的开销，使用过程中由于产品寿命问题也需要维修和更换的成本。

其他一些生化产甲烷潜力的测定装置和方法也存在相应不足。连续搅拌的发酵装置可以保证物料充分混合，对于容易起浮渣和起泡的底物比较适用，但是其优点仅表现在有限的使用领域，其缺点为其制作成本高，需要额外电能输入维持搅拌，维护成本高，搅拌装置的电机也有一定的使用寿命。关于气体收集装置，排水集气法简单易操作，装置构造简单寿命长，维护成本低。但是在之前的很多案例中，实施者往往考虑过于简单，装备设计和制作、收集和计算方法粗放，使用排出的水的体积代表所产气体的体积，引入很多误差，所得结果无法代表试验的真实值。还有一种使用碱液进行排水集气或者通过增加额外的装置对混合气体中的二氧化碳进行脱除而后测定生物甲烷的产量的方法，但是这种方法除了有排水集气法普遍存在的问题之外，还存在无法真正保证脱除所有的二氧化碳的问题，给试验结果带来误差，使结果偏大。气体流量测量法操作起来简单省工，但是需要一定的制作成本，一般涉及到排水计数的原理，在计算和矫正方法上和传统的排水集气法存在同样的问题。同时当反应末期气体流量较低时，其精度往往无法满足需要。而使用气袋收集法则需要选择高价的对气体分子通透率极低的气体采样袋（如Tedlar采气袋）以保证气密性和试验结果的可靠性。同时对收集到的气体进行体积的测定再次涉及到可靠的计算和矫正方法的问题。

因此，本领域技术人员致力于开发一种测量生化产甲烷潜力的装置和方法，使装置易于搭建、条件易于控制，可以消除测量过程中二氧化碳引入的测量误差，解决发酵液偏酸的问题，降低矫正的难度，提高测量的准确性。

发明内容

有鉴于现有技术对生化产甲烷潜力测量中，装置复杂、容易产生误差、结果矫正过程复杂的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种测量生化产甲烷潜力的装置和方法，使用易于搭建、易于控制的发酵装置和集气装置组建试验装置系统，采用可控性强的关键性试验步骤控制试验条件和科学可靠的计算发法实现对于某一特定生物质的生物可降解性及生化产甲烷潜力的准确测定。

本发明通过以下技术方案解决解决上述技术问题：

提供一种测量生化产甲烷潜力的装置，包括：发酵反应装置、气体采集装置、溢流槽。该发酵反应装置包括恒温装置和具塞发酵瓶。

该气体采集装置包括储水槽、集气管支架、集气管和真空泵。该具塞发酵瓶置于恒温装置中，具塞发酵瓶通过第一导气管与集气管的下部相连；集气管通过集气管支架保持与水平面的垂直状态，包含可以使导气管通过接入集气管的通道，集气管和集气管支架置于储水槽中，集气管顶部包含一个出气口，出气口与三通阀相连，三通阀通过第二导气管与真空泵相连；储水槽的上部侧壁设置有溢流口，溢流口通过第一导水管与溢流槽相连，溢流槽还通过第二导水管与储水槽相连，形成水流的回路，第二导水管上设置有恒流泵。储水槽中的NaCl饱和溶液通过溢流口和第一导水管溢流出，通过恒流泵将NaCl饱和溶液泵回至储水槽，维持储水槽内水位不因溶液蒸发和其他原因而降低。具塞发酵瓶通过在瓶口使用单孔橡胶塞严格密闭瓶内厌氧环境，由单孔处通第一导气管至气体采集装置。

优选地，该测量生化产甲烷潜力的装置还包括具孔保温盖，恒温装置为恒温水浴装置，具孔保温盖与恒温水浴装置相配合，用于减少水浴环境和外界的温度及水汽的交换。具塞发酵瓶通过具孔保温盖上的孔放置于恒温水浴装置中。

进一步地，集气管的下部侧壁上设有孔洞，第一导气管与该孔洞连接。

进一步地，第一导气管上设置有调节阀，关闭该调节阀可以阻断发酵反应装置和气体采集装置之间的通路，从而进行系统气密性的检查，以及对气体采集装置进行无二氧化碳环境的建立。该调节阀可以是三通阀。

优选地，三通阀还与采样器相连，通过该采样器可以采集气体样品，用于气体成分的分析。该采样器优选地为5-20mL的注射器。

进一步地，集气管的管壁上设有刻度，所述刻度的0刻度线位于集气管的上部，靠近集气管的密封端，通过该刻度可以精确的读取液面距离0刻度线的高度。优选地，所述刻度为精度为1mm刻度，0刻度线位于集气管的顶部。

本发明还提供一种利用上述装置测量生化产甲烷潜力的方法，包含以下步骤：

（1）完成上述装置的发酵反应装置、气体采集装置及溢流槽之间的连接并对该装置进行气密性检查；其中，连接是指利用导气管和导水管将装置连接起来，使用单孔橡胶塞密闭发酵瓶；

（2）对接种物进行预处理，包括对接种物进行过滤后，将接种物放入恒温培养箱中活化多天备用；其中，过滤是指使用1-2mm孔径的筛网将采集得到的接种物，如新鲜活性厌氧污泥过滤，去除影响均一性的颗粒物质，并活化3天；

（3）发酵液配制，包括以可挥发性固体含量为基准，使用活化的接种物和生物质底物配制发酵液，放入具塞发酵瓶中，并保证满足试验要求的发酵工艺条件；以及配制只含接种物的空白对照发酵液，以进行空白试验；以及配制使用活化的接种物和相同挥发性固体质量的纤维素作为底物的阳性对照发酵液；每个处理至少做2个平行试验。同时，发酵液中加入营养物质以保证营养物质在发酵液中的浓度满足微生物的需求，上述营养物质包括：NH₄Cl、NaCl、MgCl₂·6H₂O、CaCl₂·2H₂O、K₂HPO₄·3H₂O、NaAc、CoCl₂·6H₂O、(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O、NiCl₂·2H₂O、Na₂SeO₃、Na₂WO₄·2H₂O；

（4）无氧无二氧化碳环境的建立，包括使用真空泵将所述储水槽内的NaCl饱和溶液泵至所述集气管的顶部，使用气流回吹方法使所述集气管内形成无二氧化碳环境；使用气流吹扫方法使具塞发酵瓶内形成无氧无二氧化碳环境；

（5）气体采集和集气管液面重置，包括在集气管中液面降落到储水槽中液面以下之前，周期性地使用真空泵将集气管中液面回吸至集气管的顶部，而后使用气流回吹方法维持集气管中的无氧无二氧化碳环境；

（6）成分测定，包括读取集气管的测量数据之后，进行集气管液面重置之前，自集气管的顶部采集气体样品，以进行气体成分的测定；

（7）生化产甲烷潜力的计算，包括在以生物质为底物和以纤维素为底物的试验所得结果中减去空白试验的所得结果；

优选地，步骤（4）中的气体吹扫方法是指使用N₂吹扫具塞发酵瓶的顶部空间，排出空气，随后迅速使用连接了导气管的单孔橡胶塞密封发酵瓶；步骤（4）和步骤（5）中的气体回吹方法是指使用N₂将集气管中的液面回吹至集气管侧壁刻度的0刻度处。

优选地，步骤（3）中，发酵液的工作体积为具塞发酵瓶总体积的80%，浓度为10-70g VS/L。一般地，接种物和底物所占的挥发性固体的质量比为0.5-6。

进一步地，步骤（7）的生化产甲烷能力的计算使用以下公式进行：

{BMP}_{stp} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} \frac{T_{stp} * (A * h_{i} * % {CH}_{4, i} * (p_{i} - p_{H_{2} O, T_{i}} - ρ_{ss, NaCl} * g * (H - h_{i})) + p_{i} V_{i})}{T_{i} * p_{stp}}}{{VS}_{substrate}} .

其中，BMP_stp：底物标准状态下的生化产甲烷潜力；

i：第i次执行步骤（5）和（6）；

n：试验阶段共执行n次步骤（5）和（6）；

A：所述集气管的横截面积；

h_i：第i次执行步骤（5）时所述集气管内液面下降的高度；

T_stp：标准状态下的温度；

%CH_4,i：第i次执行步骤（6）时所得的甲烷相对含量；

p_i：第i次执行步骤（5）时的大气压强；

P_H2O,Ti：第i次执行步骤（5）时NaCl饱和溶液的饱和蒸汽压；

ρ_ss,NaCl：NaCl饱和溶液的密度；

g：当地的重力加速度；

H：储水槽内的液面距离集气管顶部的高度；

V_i：第i次执行步骤（6）时采样的气体体积；

T_i：第i次执行步骤（5）时的环境温度；

p_stp：标准状态下的大气压强；

VS_substrate：所述发酵液中生物质底物中可挥发性物质的量。

本发明的装置易于搭建，设计科学，可控性强，通过对外界环境因素和内部无氧无二氧化碳环境进行严格控制，保证试验的可重复性；将系统所产气体即时排出系统之外，保证发酵环境的稳定性；将外界大气压、温度、饱和水蒸气压等可变因子纳入计算系统，保证所得结果的可比性；通过使用空白对照和阳性对照，保证数据的准确性和可信性；综上所述，与现有的技术相比，本发明具有测试结果准确可靠，易操作，重复性好等优点，同时装置搭建简易，成本低，结构简单，使用寿命长，占地面积小。

以下将结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图。

图2是本发明的猪粪生化产甲烷潜力曲线图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明的测量生化产甲烷潜力的装置主要包括：发酵反应装置1、气体采集装置2和溢流槽3。发酵反应装置1包括：恒温水浴装置4、具孔保温盖5，具塞发酵瓶6和调节阀14。气体采集装置2包括：储水槽7、集气管支架8、集气管9、真空泵10、溢流口11、恒流泵12、三通阀15和采样器13。发酵反应装置1中具塞发酵瓶6通过装有调节阀14的第一导气管与气体采集装置2的集气管9下部小孔相连。气体采集装置通过溢流口11和溢流口上的第一导水管与溢流槽3相连，溢流槽3也通过装有恒流泵12的第二导水管与气体采集装置2相连。

发酵反应装置1中恒温水浴装置4用于维持发酵温度在设定温度。具孔保温盖5具有立方体框架结构，其底部开口，顶部具有圆形孔，该圆形孔的直径略大于具塞发酵瓶6的直径，以供具塞发酵瓶6穿过圆形孔，瓶身设置于恒温水浴装置4中。具孔保温盖5倒置于恒温水浴装置4中，具孔保温盖5的高度高于恒温水浴装置4的液面高度，将具塞发酵瓶6附近的水浴液与外界空气环境隔离，以减少水浴环境和外界的温度及水汽的交换。当然，在其他实施例中，具孔保温盖5的形状也可为直板型或其他形状，只要能将具塞发酵瓶6附近的水浴液与外界空气环境隔离即可。

具塞发酵瓶6为150-2000mL的细口瓶，用于进行生化产甲烷潜力测定的微生物反应过程。本领域技术人员可知，该具塞发酵瓶6可以是血清瓶或同类其他替代产品。具塞发酵瓶6瓶口使用单孔橡胶塞严格密闭发酵瓶，保持其内的厌氧环境。在另一实施例中，还可以使用恒温培养箱作为恒温装置。

具塞发酵瓶6通过装有调节阀14的第一导气管与气体采集装置2的集气管9下部的小孔相连。具塞发酵瓶6中产生的气体通过第一导气管，经由集气管9下部的小孔进入气体采集装置2，该小孔的位置低于储水槽7的平衡液面。集气管9为具有一定高度的管状容器，包括一个开口端和一个密封端，开口端置于储水槽7中，密封端包含一个出气口，该出气口与三通阀15相连，密封端位于集气管9的顶部，开口端位于集气管9的底部。集气管9的纵向壁含有精度为1mm刻度的标尺，0刻度线位于集气管9的顶部。

真空泵10通过第二导气管与集气管9顶部的三通阀15连接，真空泵10用于周期性工作将储水槽7中饱和NaCl溶液泵至集气管9的顶端。三通阀15的第三端与采样器13连接，气体样品通过采样器13采集，可用于进行气体成分的分析。集气管9由集气管支架8提供支持作用，保持与水平面垂直状态。集气管支架8垂直置于储水槽7内，包含可以使第一导气管通过并接入集气管9的通道。储水槽7中饱和NaCl溶液与集气管9中饱和NaCl溶液由集气管9的下部开口连通。

储水槽7一侧具有溢流口11，通过溢流口11上的第一导水管与溢流槽3相连，溢流槽3也通过装有恒流泵12的第二导水管与气体采集装置2相连。通过恒流泵12和溢流口11的作用，维持储水槽7中平衡液面的水位不变。

实施例2

基于上述装置实现测量生化产甲烷潜力的方法包含以下步骤：（1）完成装置的连接和装置气密性检查；（2）接种物预处理；（3）发酵液配制；（4）无氧无二氧化碳环境的建立；（5）气体采集和集气管液面重置；（6）成分测定；（7）生化产甲烷潜力的计算。

（1）完成装置的连接和装置的气密性检查。

试验开始前需要使用一定规格的导气管和导水管将装置各部分连接起来，使用单孔橡胶塞密闭具塞发酵瓶6，并对装置整体系统进行气密性检验。具体方法可以采用以下措施：使用真空泵10将饱和NaCl溶液泵至集水管9的0刻度线处。关闭集气管9顶端三通阀15，打开第一导气管处调节阀14，静置装置48h，观察集水管9内液面有无低于0刻度线。如果低于0刻度线，对可能漏气的地方进行排查，直至气密性检验时液面可以维持在0刻度线48h为止。

（2）接种物预处理。

在检测装置密闭性的同时，对接种物进行预处理。接种物自污水处理厂厌氧消化过程产生的剩余污泥，或者沼气工程厌氧消化过程产生的沼渣采集。采集接种物后使用1-2mm孔径的筛网将采集得到的新鲜活性厌氧污泥过滤去除影响均一性的颗粒物质，而后放入发酵试验所需温度(例如36℃)的恒温培养箱中活化3天备用。

（3）发酵液配制。

与此同时，测试底物和接种物的水分、总固体含量和挥发性固体含量。在装置气密性检验通过、接种物进行预处理和得到底物和接种物的挥发性固体含量值之后，以可挥发性固体含量为基准，使用刚刚活化的接种物和底物配制发酵液，放入具塞发酵瓶6中，使其工作体积为具塞发酵瓶6总体积的80%，发酵液浓度为10-70gVS/L。其中VS表示挥发性固体，是指在总固体中能在550℃高温下挥发的那部分固体。一般地，接种物和底物所占的挥发性固体的质量比为0.5-6。同时做只含接种物的空白对照，和使用相同挥发性固体质量的纤维素作为底物的阳性对照。并在以生物质为底物和以纤维素为底物的试验所得结果中减去空白试验的所得结果。使用空白对照的目的在于将接种物分解自身所产生的生物甲烷排除在测试值之外。使用阳性对照的目的在于通过已知的可以完全被分解的有机物检验本次试验的重复性和可靠性，一般认为阳性对照组完成占理论值70%以上的生物降解过程，且阳性对照组平行试验间的误差百分比小于5%，本次试验即为有效试验。每个处理至少做3个平行试验。

同时，发酵液中加入营养物质，保证营养物质在发酵液中的最终浓度如表1所列：

表1营养物质在发酵液中的最终浓度

营养物质	浓度
		NH₄Cl	1g/L
NaCl	0.1g/L
		MgCl₂·6H2O	0.1g/L
CaCl₂·2H2O	0.05g/L
		K₂HPO₄·3H₂O	0.4g/L
NaAc	0.25g/L
		CoCl₂·6H2O	0.4mg/L
(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O	0.02mg/L
		NiCl₂·2H₂O	0.4mg/L
Na₂SeO₃	0.02mg/L
		Na₂WO₄·2H₂O	0.02mg/L

（4）无氧无二氧化碳环境的建立。

试验开始前，使用真空泵10将储水槽7内的饱和NaCl溶液泵至集气管9顶部，使用三通阀15和使用N₂气流控制液面高度至0刻度线处，形成集气管内的无氧无二氧化碳环境。并且使用流速大于100ml/min的N₂气流吹扫具塞发酵瓶6顶部空间，吹扫的N₂体积至少3倍于具塞发酵瓶6的顶部空间。而后迅速使用连接了第一导气管的单孔橡胶塞密封具塞发酵瓶6，形成具塞发酵瓶6内的无氧无二氧化碳环境。具塞发酵瓶6固定于设定好温度的恒温水浴装置4中，并穿过具孔保温盖5的孔，由此，试验正式开始。试验开始后每日手摇具塞发酵瓶一次保持发酵液混合均匀的状态。

（5）气体采集和集气管液面重置。

试验开始后，由于具塞发酵瓶6内的微生物活动而产生生物气，经由第一导气管通往集气管9进行气体的收集。每次在集气管9中液面降落到储水槽7中的液面以下之前，读取由集气管9的刻度所显示的测量数据，并通过大气压力计和温度计读取当时大气压力及温度，然后周期性的使用真空泵10通过三通阀15将集气管9中液面回吸至顶部，而后使用N₂将集气管9顶部液面回吹至0刻度处，维持集气管9中的无氧无二氧化碳状态。

（6）成分测定。

每次读取集气管9的测量数据之后，进行集气管9的液面重置之前，由集气管9顶端的三通阀15的第三端通过气体采样器13进行气体样品的采集，气体采样器13为5-20mL的注射器。准确采集气体2.0-10.0mL，使用气相色谱法对气体成分进行测定，得到甲烷的在混合气体中的相对含量，并在结果中加入采集气体的量。

（7）生化产甲烷潜力的计算。

当以某种生物质为底物的发酵试验所产生的生物甲烷量减去空白试验所产生的生物甲烷量不再变化时，视为试验结束。此时，计算某种生物质的生化产甲烷潜力使用以下计算公式进行：

{BMP}_{stp} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} \frac{T_{stp} * (A * h_{i} * % {CH}_{4, i} * (p_{i} - p_{H_{2} O, T_{i}} - ρ_{ss, NaCl} * g * (H - h_{i})) + p_{i} V_{i})}{T_{i} * p_{stp}}}{{VS}_{substrate}} .

其中，BMP_stp：底物标准状态下的生化产甲烷潜力；

i：第i次执行步骤（5）和（6）；

n：试验阶段共执行n次步骤（5）和（6）；

A：所述集气管的横截面积；

h_i：第i次执行步骤（5）时所述集气管内液面下降的高度；

T_stp：标准状态下的温度；

%CH_4,i：第i次执行步骤（6）时所得的甲烷相对含量；

p_i：第i次执行步骤（5）时的大气压强；

P_H2O,Ti：第i次执行步骤（5）时NaCl饱和溶液的饱和蒸汽压；

ρ_ss,NaCl：NaCl饱和溶液的密度；

g：当地的重力加速度；

H：储水槽内的液面距离集气管顶部的高度；

V_i：第i次执行步骤（6）时采样的气体体积；

T_i：第i次执行步骤（5）时的环境温度；

p_stp：标准状态下的大气压强；

VS_substrate：所述发酵液中生物质底物中可挥发性物质的量。

实施例3

使用产于1日以内的新鲜猪粪为原料，以取自上海市白龙港污水处理厂中温厌氧消化罐的厌氧污泥为接种物，利用本发明的装置实施本发明的方法。本试验中，接种物初始pH值为7.35，接种物挥发性固体物质含量为2.1%，工作体积为0.4L，接种物与底物的可挥发性固体物质质量比为2，底物浓度为10g VS/L，接种物浓度为20g VS/L。发酵温度36±1℃，每日手摇发酵瓶一次。猪粪和阳性对照试验组在最后结果中排出接种物本身所产生物甲烷量。如图2所示，本次试验中猪粪的生化产甲烷潜力为251.4mL CH₄/g VS，阳性对照的生化产甲烷潜力为399.1mL CH₄/g VS，接种物生化产甲烷潜力为77.5mL CH₄/g VS。阳性对照组三次平行试验中误差百分比分别为3.3%，3.6%和4.5%，试验有效。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种测量生化产甲烷潜力的装置，包括：发酵反应装置、气体采集装置、溢流槽，其特征在于：

所述发酵反应装置包括恒温装置和具塞发酵瓶；

所述气体采集装置包括储水槽、集气管支架、集气管和真空泵；

所述具塞发酵瓶置于恒温装置中，所述具塞发酵瓶通过第一导气管与所述集气管的下部相连通；所述集气管通过所述集气管支架保持与水平面的垂直状态，所述集气管和所述集气管支架置于所述储水槽中，所述集气管包括密封端和开口端，分别位于所述集气管的两侧，所述开口端置于所述储水槽中，所述密封端包含一个出气口，所述出气口与三通阀相连，所述三通阀通过第二导气管与所述真空泵相连；所述储水槽的上部侧壁设置有溢流口，所述溢流口通过第一导水管与所述溢流槽相连，所述溢流槽还通过第二导水管与所述储水槽相连，所述第二导水管上设置有恒流泵。

2.根据权利要求1所述的测量生化产甲烷潜力的装置，其特征在于，还包括具孔保温盖，所述恒温装置为恒温水浴装置，所述具孔保温盖与所述恒温水浴装置相配合，用于减少水浴环境和外界的温度及水汽的交换，所述具塞发酵瓶通过所述具孔保温盖上的孔放置于所述恒温水浴装置中。

3.根据权利要求2所述的测量生化产甲烷潜力的装置，其特征在于，所述集气管的下部侧壁上设有孔洞，所述第一导气管与所述孔洞连接。

4.根据权利要求3所述的测量生化产甲烷潜力的装置，其特征在于，所述第一导气管上设置有调节阀。

5.根据权利要求1所述的测量生化产甲烷潜力的装置，其特征在于，所述三通阀还与采样器相连。

6.根据权利要求1所述的测量生化产甲烷潜力的装置，其特征在于，所述集气管的管壁上设有刻度，所述刻度的0刻度线位于集气管的上部，靠近所述密封端。

7.一种利用如权利要求1所述的装置测量生化产甲烷潜力的方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）完成所述装置的所述发酵反应装置、所述气体采集装置及所述溢流槽之间的连接，并对所述装置进行气密性检查；

（2）对接种物进行预处理，包括对所述接种物进行过滤后，将所述接种物放入恒温培养箱中活化多天备用；

（3）发酵液配制，包括以可挥发性固体含量为基准，使用活化的所述接种物和生物质底物配制所述发酵液，放入所述具塞发酵瓶中；以及配制只含所述接种物的空白对照发酵液，以进行空白试验；以及配制使用活化的所述接种物和相同挥发性固体质量的纤维素作为底物的阳性对照发酵液，以进行阳性对照试验；

（4）无氧无二氧化碳环境的建立，包括使用真空泵将所述储水槽内的NaCl饱和溶液泵至所述集气管的顶部，使用气流回吹方法使所述集气管内形成无氧无二氧化碳环境；使用气流吹扫方法使所述具塞发酵瓶内形成无氧无二氧化碳环境；

（5）气体采集和集气管液面重置，包括在所述集气管中液面降落到所述储水槽中的液面以下之前，周期性地使用所述真空泵将所述集气管中液面回吸至所述集气管的顶部，而后使用所述气流回吹方法维持所述集气管中的无氧无二氧化碳环境；

（6）成分测定，包括自所述集气管的顶部采集气体样品，以进行气体成分的测定；

（7）生化产甲烷潜力的计算，包括在用以生物质为底物配制的发酵液和以纤维素为底物配制的发酵液进行的试验所得结果中减去空白试验的所得结果。

8.根据权利要求7所述的测量生化产甲烷潜力的方法，其特征在于，步骤（4）中的气体吹扫方法是指使用N₂吹扫所述具塞发酵瓶的顶部空间，排出空气；步骤（4）和步骤（5）中的所述气体回吹方法是指使用N₂将所述集气管中的液面回吹至所述集气管的0刻度处。

9.根据权利要求7所述的测量生化产甲烷潜力的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述混合液的工作体积为所述具塞发酵瓶的总体积的80%，浓度为10-70gVS/L，所述接种物和所述生物质底物所占的挥发性固体的质量比为0.5-6。

10.根据权利要求7所述的测量生化产甲烷潜力的方法，其特征在于，所述步骤（7）使用以下公式进行：

其中，BMP_stp：底物标准状态下的生化产甲烷潜力；

i：第i次执行步骤（5）和（6）；

n：试验阶段共执行n次步骤（5）和（6）；

A：所述集气管的横截面积；

h_i：第i次执行步骤（5）时所述集气管内液面下降的高度；

T_stp：标准状态下的温度；

%CH_4,i：第i次执行步骤（6）时所得的甲烷相对含量；

p_i：第i次执行步骤（5）时的大气压强；

P_H2O,Ti：第i次执行步骤（5）时NaCl饱和溶液的饱和蒸汽压；

ρ_ss,NaCl：NaCl饱和溶液的密度；

g：当地的重力加速度；

H：储水槽内的液面距离集气管顶部的高度；

V_i：第i次执行步骤（6）时采样的气体体积；

T_i：第i次执行步骤（5）时的环境温度；

p_stp：标准状态下的大气压强；

VS_substrate：所述发酵液中生物质底物中可挥发性物质的量。