用于测量沼气中的气态物质浓度的方法与流程

1.本发明涉及借助于光学系统测量沼气中所含化学物质的浓度。本发明有利地应用于但不限于旨在将沼气转化为生物甲烷的沼气处理领域以及该生物甲烷的用途。
2.沼气是有机来源的废物(诸如污水污泥、农业废物、垃圾填埋场)厌氧消化的产物。沼气主要包括甲烷(40％至70％)、co2和水蒸气，但其也含有诸如硫化合物(h2s，so2，
……
)、硅氧烷、卤素或voc(挥发性有机化合物)等杂质。因此，沼气无法被直接利用。
3.为了能够利用沼气，需要对其进行清洁(或净化)，尤其是为了去除二氧化碳和硫化氢、以及其含有的其他杂质。由此获得生物甲烷，其可被注入天然气配送网或被用作生物燃料。
4.纯化沼气的一个特殊用途是燃料电池，其杂质或污染物耐受阈值特别高，以免损坏系统(例如参见文档“biogas and fuel cells workshop(沼气和燃料电池研讨会)”，阿尔贡，2012，阿尔贡国家实验室的dennis papadias和shabbir ahmed，于2012年6月11日至13日在科罗拉多州戈尔登的沼气和燃料电池研讨会上发表)。
5.因此，开发测量每种污染物质的传感器和方法具有重要意义，以便控制沼气处理过程和纯化后获得的生物甲烷的使用资格。
6.发明背景
7.文献de
‑
2020/08,003,790 u1是已知的，其涉及一种用于测量沼气中所含污染物浓度的设备和方法。更具体地，部分沼气流借助于泵长期地通过气室，然后借助于光谱仪来测量光谱(尤其是紫外光谱)。然后根据一个或多个化学计量校准模型分析该光谱。因此，该方法包括对待分析的气体进行采样的步骤。因此，该文献中描述的设备除了测量本身之外还需要额外的元件(尤其是泵)，这使得设备体积更大、更昂贵，并且需要更多的维护工作。此外，污染物的分析实际上是远程分析，因此是延迟的，这在燃料电池的情形中可能尤其具有破坏性。此外，当待测量的物质浓度过低而无法被光谱仪检测和测量时，该文献中描述的方法需要借助于具有过滤器的吸附设备来预先增大待测量的化学物质浓度。
8.根据本发明的方法旨在克服这些缺点。值得注意的是，根据本发明的方法旨在提供沼气中所含气态化学物质浓度的原位光学测量，而不需要将沼气中存在的待分析的少量化学物质过度浓缩的步骤。此外，根据本发明的方法能够对沼气中所含的各种气态化学物质进行差异化和同时测量。最后，根据本发明的方法能够通过在沼气净化之前、期间和之后执行的对沼气中所含气态化学物质浓度的测量来诊断和/或控制沼气净化方法。根据本发明的方法也可以有利地在使用生物甲烷的厂的上游实现(例如在燃料电池中)，以保证使用该气体的系统的完好性。
发明概要
9.本发明涉及一种用于借助于光学测量系统对在管道中流动的沼气中所含的至少一种气态化学物质的浓度进行原位测量的方法，该光学测量系统包括发射uv辐射的至少一个光源和能够至少分析所述uv辐射的至少一个光谱仪，所述管道包括设置在所述管道的壁
中的至少第一光学通路。
10.根据本发明的方法至少包括以下步骤：
11.a)借助于所述光源，至少在所述光学通路处发射所述uv辐射穿过至少部分位于所述管道中的测量区中的所述沼气，
12.b)借助于所述光谱仪，在所述第一光学通路和/或第二光学通路处测量已穿过所述测量区中的所述沼气的所述uv辐射的至少一部分，并生成因变于已穿过所述沼气的所述uv辐射部分的波长(w)的光强度的数字信号，以及
13.c)至少根据所述数字信号确定所述沼气中所含的所述化学物质的所述浓度。
14.根据该方法的一种实施方式，步骤c)可以至少包括：
15.‑
根据因变于已穿过所述沼气的所述uv辐射部分的波长的所述光强度的数字信号并根据因变于针对参考气体预定的波长的光强度的数字参考信号来确定因变于波长的所述沼气的吸光度，以及
16.‑
根据所述沼气的所述吸光度、所述化学物质的预定吸光度特性、以及对所述沼气的温度和压力的估计来确定所述至少一种化学物质的所述浓度。
17.有利地，所述沼气的所述吸光度可取决于吸光度长度、所述化学物质的分子数密度、和摩尔消光系数。
18.根据本发明的一种实施方式，所述数字参考信号可通过发射所述uv辐射穿过所述参考气体并通过测量已穿过所述参考气体的所述uv辐射的至少一部分来获得，所述气体在所述化学物质中具有已知浓度或零浓度。
19.根据本发明的一种实施方式，在步骤c)中，所述沼气的温度还可根据所述数字信号来确定。
20.根据本发明的一种实施方式，所述温度可通过修改从所述沼气的所述吸光度中提取的所述化学物质的吸光度的摩尔消光系数来确定，所述修改是波长偏移或振幅变化、或两者的组合。
21.根据本发明的一种实施方式，所述光学测量系统还可包括布置在所述管道的所述测量区中的反射器。根据该实施方式，可至少在所述第一光学通路处测量已由所述光源在第一光学通路处发射且已至少部分地在所述反射器上反射的uv辐射的至少一部分。
22.根据本发明的一种实施方式，所述第一和/或第二光学通路可相对于沼气在其中流动的所述管道的所述壁偏移开。
23.根据本发明的一种实施方式，所述uv辐射能以范围在180至400nm之间的波长发射，该波长优选地范围在180至280nm之间，且更优选地范围在180至240nm之间。
24.根据本发明的一种实施方式，可测量所述沼气中所含的并且被包括在含下列各项的列表中的至少一种且优选地多种气态化学物质的浓度：so2、h2s、nh3、btex、硅氧烷和卤素。
25.根据该方法的一种实施方式，可同时测量至少两种气态化学物质的浓度，优选地至少h2s浓度和nh3浓度。
26.根据本发明的一种实施方式，可测量选自含硫化学物质so2和h2s中的至少一种气态化学物质的浓度，并且优选地可测量两者。
27.根据本发明的一种实施方式，可测量至少nh3的浓度。
28.根据本发明的一种实施方式，所述沼气在其中流动的所述管道可以是用于净化所述沼气的厂的管道，并且所述方法可以在所述厂的上游和/或下游实现。
29.根据本发明的一种实施方式，所述沼气在其中流动的所述管道可以是使用所述沼气的系统(诸如所述沼气的配送网、交通工具或燃料电池)的管道，并且所述方法可以在使用所述沼气的所述系统的上游实现。
附图说明
30.本发明的其他特征和优点将通过参考附图阅读以非限制性示例的方式给出的本发明的特定实施例的以下描述而变得清楚，其中：
31.‑
图1a是解说根据用于实现根据本发明的方法的光学测量系统的透射配置的对沼气中所含的化学物质浓度进行光学测量的示图，
32.‑
图1b是解说根据用于实现根据本发明的方法的光学测量系统的反射配置的对沼气中所含的化学物质浓度进行光学测量的示图，
33.‑
图1c和1d分别示出了图1a和1b中所解说的实施例的变型，包括相对于沼气在其中流动的管道偏移开的诸光学通路，
34.‑
图2示意性地示出了含有待测量的各种气态化学物质a、b、c的沼气的吸光度，
35.‑
图3示意性地示出了温度对沼气中所含的给定化学物质的吸光度的影响，以及
36.‑
图4至14是解说用于实现根据本发明的方法的光学测量方法的各种实施例的示图。
37.本发明的详细描述
38.本发明涉及一种用于借助于光学测量系统对沼气中所含的至少一种气态化学物质的浓度进行原位测量的方法。
39.沼气被理解为由有机来源的废物(诸如污水污泥、农业废物、垃圾填埋场)的厌氧消化产生的任何气体。因此，根据本发明，生物甲烷是沼气。
40.本发明能够进行原位测量，即直接在沼气在其中流动的管道中进行测量，而无需采集沼气样本。该管道可以是用于处理所述沼气的厂中的管道(例如沼气净化厂的管道)和/或位于使用沼气的厂上游的管道(例如沼气配送网的管道)。更一般地，其在下文中被称为待监测的厂的管道。
41.此外，如下所述，在待分析的沼气中存在少量化学物质的情形中，本发明不需要沼气预处理(例如通过过度浓缩)。
42.根据本发明的方法借助于光学测量系统来实现，该光学测量系统至少包括发射uv辐射的光源和光谱仪。根据本发明，沼气在其中流动的管道包括设置在沼气在其中流动的管道中的至少一个光学通路，所述光学通路能够至少允许uv射线穿过。该光学通路可包括设置在管道中的开口，透镜或舱口例如被固定在该开口上。
43.图1a和1b以非限制性示例的方式示意性地示出了根据本发明的测量原理。图1a与图1b的不同之处在于光学测量系统，该不同被示为图1a中的透射配置和图1b中的反射配置。
44.测量方法包括以下步骤：
45.‑
利用光源41发射uv辐射42穿过位于沼气在其中流动的管道20(例如沼气处理厂
中的管道)中的测量区21内的沼气10。uv辐射42沿着长度为d的光路穿过沼气，该光路可基本上但不限于垂直于沼气的路径p，如图1a和1b所示。uv辐射42穿过例如设置在沼气在其中流动的管道中的光学通路、舱口或透镜进入测量区，
46.‑
利用光谱仪44检测已穿过测量区21中的沼气的uv辐射的至少一部分43，并且生成因变于已穿过沼气的uv辐射部分的波长的光强度的数字信号50。要测量其浓度的气态化学物质吸收uv辐射的一部分，并且每种气态化学物质吸收某些给定波长的射线。在理想条件下，吸收遵循beer
‑
lambert定律。已穿过沼气的uv辐射由光谱仪44通过被提供用于光源发射的光学通路(图1a的实施例的另一光学通路，图1b的实施例的相同光学通路)检测，
47.‑
至少根据数字信号50估计气态化学物质的浓度[x]。
[0048]
虽然该配置在图1a所示的实施例中是透射的，但该配置在图1b所示的实施例中是反射的。根据该反射配置，光学系统40还包括反射器45。由光源41发出的uv辐射被反射器45反射，反射器45位于测量区21的与包括光源41和光谱仪44的一端相对的一端。反射器45优选地被定位在沼气在其中流动的管道20中，如图1b所示。替换地，其可被集成在该元件的壁中，或被布置在其外部。uv辐射42第一次穿过测量区21中的沼气10，其被反射器45反射，在相反方向上第二次穿过测量区21中的沼气，并且其随后被光谱仪44检测，如上面所描述。此外，反射器45的位置可取决于所寻的化学物质浓度的数量级来调整。事实上，在低化学物质浓度的情形中，uv辐射穿过沼气所行进的光路越长，浓度测量便越可靠和准确。反射镜45因此可被有利地布置在管20的与光源41相对的壁上，从而相对于图1a的配置增加(在此，加倍)光路长度。
[0049]
根据本发明的另一变型实施例，可借助于相对于沼气在其中流动的管道的壁偏移开的至少一个光学通路来调整uv辐射在沼气中行进的光路的长度。该偏移开的光学通路可以是管状体，其一端固定到设置在待监测的厂的管道中的开口、并且该管状体的另一端包括能够允许uv辐射穿过的装置，诸如舱口或透镜。因此，在待监测的厂的管道中流动的沼气也可占据由固定到所述元件的所述偏移开的光学通路限定的空间，因而扩大测量区。根据本发明的该变型实施例，偏移开的光学通路的截面(相对于uv辐射的主方向)优选地基本上是圆形的，但是其可具有任何形状，优选地可具有根据设置在待监测的厂的管道中的开口的形状的任何形状。图1c示出了在如上面所定义的根据本发明的光学系统的透射配置的情形中的本发明的该变型的示例实施例，其包括长度分别为d1和d2的圆管形式的两个偏移开的光学通路31’、31”，第一偏移开的光学通路旨在用于使由光源41发出的uv辐射穿过，而第二偏移开的光学通路旨在用于使已穿过测量区21、21’、21”中的沼气的供光谱仪44测量的uv辐射穿过。在该情形中，已穿过沼气的uv辐射的总光路为d+d1+d2。图1d示出了在如上面所定义的根据本发明的光学系统的反射配置的情形中的本发明的该变型的另一示例实施例，其包括在纵向方向上长度为d1的圆管形式的偏移开的光学通路31，该光学通路旨在用于使由光源41发出的uv辐射穿过，然后在第一次穿过测量区21’、21中的沼气之后被反射器45反射，并在第二次穿过测量区21’、21中的沼气之后再次穿过该光学通路以被光谱仪44检测。在该情形中，已穿过沼气的uv辐射的总光路为2(d+d1)。根据本发明的光学系统的包括至少一个偏移开的光学通路的这些各种非限制性配置允许改变由uv辐射行进的光路的长度，并因而在低化学物质浓度的情形中提高浓度测量准确度。
[0050]
因此，可原位实现的根据本发明的方法具有不修改沼气流和瞬时的优点，例如具
有可小于0.1s的响应时间；这与使用气体采样的已知方法不同，其伴随背压的增加、待分析的气体在采样期间的不想要的演变(实际上，在采样期间，气体可能会凝结，这可能有助于修改最终被分析的气体，例如通过在采样管壁上吸附一些分子)、以及气体进入测量单元，从而导致延迟的测量。
[0051]
此外，根据本发明的方法可通过调整取决于根据本发明的光学系统的元件的布置的光路的长度而使得能够可靠且准确地测量沼气中存在的少量化学物质，而无需过度浓缩化学物质的预先步骤。
[0052]
无论何种配置(透射或反射)，光源41和光谱仪44优选地被定位在沼气在其中流动的管道20的外部，例如定位在管道壁的外表面上，或者如果提供了辐射传输装置(诸如举例而言，光纤)，则定位在距该元件一定距离处，如下文所描述的图10和11中所示。这尤其使得能够避免污染这些光学元件。
[0053]
根据本发明的方法优选地包括对允许获得因变于波长的光强度的数字参考信号的光学测量系统进行校准的预先步骤。
[0054]
优选地，该步骤包括发射uv辐射穿过例如不含任何待测量的化学物质的气体的参考气体(诸如氦气、双氮或空气)、或穿过含有某些待测量的化学物质(其在所述气体中的浓度是已知的)的参考气体。辐射穿过参考气体并且其随后被光谱仪检测以便提供因变于已穿过参考气体的uv辐射部分的波长的光强度的数字参考信号。参考信号被用于浓度和温度估计步骤，尤其被用于计算沼气吸光度，如下文详细描述的。
[0055]
由光源42发出的uv辐射的波长范围在180至400nm之间，优选地在180至280nm之间(尤其是在其中化学物质为no的情形中)，或更优选地在180至240nm之间(尤其是在其中化学物质为nh3的情形中)。这些波长范围属于所谓的深uv。
[0056]
作为示例，光源可以是uv发光二极管(led)，尤其是如上面提到的深uv发光二极管，或者可以是氙、氘、锌、镉灯或其他气体灯，诸如krbr、krcl、krf准分子灯。
[0057]
光谱仪允许分析180
‑
400nm波长范围内的光信号，该波长范围尤其在180
‑
280nm范围内，且更优选地在180
‑
240nm范围内。替换地，也可使用允许分析减小的波长范围的简化系统。术语“光谱仪”在本发明中被保持指定这种简化系统。
[0058]
至少由uv光源和光谱仪组成的组装件(在本发明中也被称为光学系统或光学传感器)本身是已知的。这种光学传感器可在商业上可获得。
[0059]
光学系统可包括其他元件，尤其是光学元件(诸如用于在需要时修改光束(例如会聚或发散)的透镜)、或旨在尤其是在光学测量系统的冷操作期间保护光源和光谱仪的保护性元件。事实上，冷操作可因凝结现象而在光学元件上生成沉积物。下面结合图12描述此类保护性元件。可选择设置在沼气在其中流动的管道上的传感器的位置以限制沼气的污染。
[0060]
根据本发明，可测量至少一种气态化学物质x，并且可优选地测量来自含下列各项的列表的多种气态化学物质x：so2、h2s、nh3、btex(其包括苯、甲苯、乙苯和二甲苯)、硅氧烷和卤素。优选地，测量来自含下列各项的列表中的至少一种且更优选地多种气态化学物质：碳氢化合物(诸如芳香族化合物、烯烃、萜烯和萜类化合物)、硅氧烷(诸如d2至d7)、含硫有机化合物(诸如硫化物、硫醇(mercaptan)、硫醇类(thiol))或无机化合物(诸如硫化物)、卤素。有利地，至少测量tht(四氢噻吩)浓度。
[0061]
有利地，可执行多种这些气态化学物质的浓度的差异化和同时测量。
[0062]
差异化测量被理解为提供对每种化学物质的特定浓度的访问，而不是对若干种化学物质的浓度进行无区别的全局测量。例如，根据本发明同时测量至少两种气态化学物质的浓度，优选地至少h2s浓度和nh3浓度。
[0063]
根据本发明的一种实施方式，还可测量至少so2或h2s的浓度，并且优选地可测量至少这两者的浓度。当实现根据本发明的方法以在将沼气用于燃料电池(对于燃料电池，腐蚀可能是非常有害的)之前对沼气进行鉴定时，沼气中硫元素的量化是尤其有用的。
[0064]
有利地，测量至少nh3的浓度。通过在不同时间重复根据本发明的方法的步骤，例如可以监测沼气净化厂的nh3浓度随时间的演变。
[0065]
在根据本发明的方法中，每种化学物质的浓度是根据对沼气执行的光学测量并根据每种化学物质特有的光学特征来确定的。其浓度待测量的每种气态化学物质确实会吸收部分uv辐射，并且因此具有其自己的吸收光谱(因变于波长的吸光度)。
[0066]
在估计至少一种化学物质的浓度[x]的步骤期间，执行如下所述的步骤a)和b)：
[0067]
a)根据由光谱仪生成且因对已穿过沼气的uv辐射部分的检测得到的数字光强度信号50并根据数字参考信号来确定因变于波长w的沼气的吸光度a。数字参考信号优选地在上面描述的预先校准步骤期间被确立。具体地，沼气吸光度用以下式(i)类型的公式计算：
[0068][0069]
b)借助于信号分析和处理装置(诸如微处理器)根据沼气吸光度a、根据预定吸光度特性、并且根据对每种化学物质的压力和温度的估计，来确定要测量的每种化学物质的浓度[x]。每种化学物质的这些预定吸光度特性优选地在预先的测量活动期间被获得，从而允许创建库。来自文献的数据也可被提供给这样的库。给定化学物质的吸光度特性被理解为其摩尔消光系数。有利地，压力和/或温度可通过在实现根据本发明的方法期间分别使用压力传感器和/或温度传感器进行测量来估计。有利地，根据本发明的一种实施方式，沼气的温度借助于下文描述的主变型来估计，其可以是与上述步骤a)和b)相关的附加步骤c)。
[0070]
根据本发明的方法的主变型，除了浓度之外，还确定在管道中流动的沼气的温度(t)。根据该主变型的一种实施方式，在管道中流动的沼气的温度(t)通过修改将测量其浓度的化学物质的吸光度的摩尔消光系数来确定，所述化学物质的吸光度是从所述沼气的吸光度中提取的。摩尔消光系数修改可以是波长偏移，从而导致不同波长处的吸收、或给定波长处的吸光度的振幅变化、或其组合。当已知因变于化学物质温度的吸光度的摩尔消光系数的确切行为时，通过预先测量的代理(agency)或来自文献的数据，从而允许创建库，该化学物质可被用作温度指标。温度确定的准确度程度取决于所测量的波长范围内的化学物质的摩尔消光系数的灵敏度。图3解说了温度对根据本发明的用于确定温度的化学物质(此处为氨)的吸光度的影响。曲线a
‑
tc示出nh3在低温下(例如，20℃)的吸光度，而曲线a
‑
th示出nh3在高温下(例如，450℃)的吸光度。摩尔消光系数的修改导致例如吸光度信号的偏移。尽管此示例使用氨，但可使用任何其他化学物质，诸如so2、h2s、nh3、btex、硅氧烷、卤素、醛(诸如乙醛或甲醛)、非芳香烃(诸如乙炔或1,3
‑
丁二烯)来确定温度。可使用与用于确定化学物质浓度的相同类型的算法来确定温度。
[0071]
因此，根据本发明的该主变型的方法使得能够在控制区中无需任何附加测量设备的情况下获得沼气的温度。此外，该主变型借助于特定uv吸光度信号处理来与测量气体中
所含气态化学物质的浓度同时地实现瞬时温度测量。
[0072]
图2示意性地示出了含有待测量的各种气态化学物质a、b、c的沼气的吸光度a。左图示出了沼气的吸光度a的示例(无单位)，其被表示为波长w(以nm为单位)的函数、根据由光谱仪生成的数字光强度信号50并根据数字参考信号计算出。
[0073]
气体的吸光度a取决于吸光度长度(即，光在测量区中所行进的光路的长度)、取决于气体中所含气态化学物质(a、b、c)的分子数密度、并且取决于化学物质的摩尔消光系数。摩尔消光系数(也被称为摩尔吸收率)是对光子与原子或分子相互作用的概率的测量。
[0074]
化学物质其本身的分子数密度取决于温度、压力和化学物质的浓度，而摩尔消光系数取决于波长、化学物质、温度和压力。
[0075]
因此，知晓每种化学物质的预定摩尔消光系数、温度和压力特性使得能够根据沼气的吸光度a确定每种化学物质x的浓度[x]。每种化学物质的吸光度值相加，并且它们的总和基本上等于(除了噪声之外)沼气的吸光度值a。这在图2的右侧由待检测的化学物质a、b和c的吸光度图a
‑
a、a
‑
b和a
‑
c示出，它们与噪声和未检测到的物质a
‑
d的吸光度相加从而形成沼气的吸光度a。
[0076]
可使用各种类型的算法来确定浓度值，诸如应用于吸光度信号本身、吸光度信号的导数或吸光度信号的频率部分(通常从傅立叶变换导出)的最小二乘调整算法。类似地，一定数量的化学计量方法可被用于该过程，诸如举例而言，主成分分析(pca)或偏最小二乘法(pls)算法。
[0077]
本发明有利地应用于沼气处理领域，其可包括沼气净化(或清洁)厂。在该上下文内，根据本发明的光学测量系统可被定位在沼气净化厂的不同位置，尤其是这样的厂的上游和/或下游。这使得能够在该处理的不同阶段并且此外还实时地控制沼气处理方法的质量。根据本发明的方法还可被有利地应用于使用沼气(尤其是已净化的沼气)的系统的上游，以确保在所述系统中使用的沼气符合该系统的操作和/或监管要求。
[0078]
根据一个实施例，测量在沼气净化厂和/或使用沼气的系统的下游被执行。这样的实施例在图4中示意性地示出。沼气10在沼气净化厂60的管道20中沿着路径p流动。根据该实施例，光学测量系统40被布置在沼气净化厂60的下游。上游和下游位置是关于管道20中沼气的流动方向来定义的。对沼气净化厂60下游沼气中的一些化学物质的浓度的测量允许检查这些厂是否符合污染物排放标准、监测其演变、并且在必要时调整这些厂的操作，以便以符合现行标准。
[0079]
根据图5所示的另一个实施例，除了光学测量系统包括用于反射测量的反射器45之外，与图4所解说的实施例类似地执行原位测量。光学测量系统是结合图2描述的系统。源41和光谱仪44被布置在管道20的同一侧，即在测量区21的与反射器45所定位到的一端相对的同一端。
[0080]
根据另一实施例，原位测量在待监测的至少一个厂(诸如沼气净化厂或使用沼气的系统)的上游被执行。这样的实施例在图6中示意性地示出，除了光学测量系统40被定位在待监测的厂60的上游之外，图6与图4相同。这样的实施例可用于在将沼气馈送到沼气净化厂之前获得关于沼气中化学物质浓度的信息，以便例如影响该厂的操作。这样的实施例也可有利地在使用沼气的系统的上游(诸如所述沼气的配送网、交通工具或燃料电池)实现，以便实时控制进入该系统的沼气的质量。
[0081]
根据一个实施例，在待监测的至少一个厂(诸如沼气净化厂)的上游和下游执行原位测量。根据该实施例的示例在图7中解说，其中两个光学测量系统40和40’分别被布置在净化厂60的上游和下游。第二光学测量系统40’与布置在上游的第一光学测量系统40相同，并且第二光学测量系统40’包括光源41’和光分析器44’，它们分别提供uv辐射的发射和对已穿过沿管道20定位的测量区21’中的沼气的uv辐射的检测和分析，以便提供对气态化学物质浓度的估计。
[0082]
根据该实施例的另一示例在图8中解说，其中根据本发明的方法借助于三个光学测量系统40、40’和40”来实现，这三个光学测量系统分别被布置在第一沼气净化厂60的上游、第一净化厂60与第二净化厂61之间、以及第二沼气净化厂61的下游。有利地，第一厂60是使用第一类型的沼气处理的厂，而第二厂61是使用第二类型的沼气处理的厂。这样的实施例允许监测每个厂将沼气转化为生物甲烷的效率，并且可能根据从各个厂的上游、下游和各个厂之间获得的浓度信息来调整这些厂的参数。
[0083]
根据一个实施例，光学测量系统的uv光源和/或光谱仪通过光纤连接到沼气在其中流动的管道，从而例如允许将光学测量元件布置在保护性外壳中而不影响瞬时测量。在图9中示出了这样的实施例的示例，其中光纤75和76分别在测量区21处将光学测量系统70的光源71和光谱仪74连接到管道20，在测量区21中沼气被由光纤75和76运送的uv辐射穿过。很明显，连接到光谱仪74的光纤76可以(未示出)与连接到光源71的光纤75布置在管道20的同一侧。
[0084]
很明显，对于图6至图9所示的实施例中的每一者，光学系统可以是结合图1b描述的光学系统，包括位于测量区中的至少一个反射器。在图6至图8所示的实施例的情形中，光谱仪44、44’、44”随后可被布置(未示出)在管道20的与光源41、41’和41”相同的一侧。
[0085]
根据一个实施例，光学测量系统包括通过光纤连接到单个光源和单个光谱仪的若干个测量区。这样的实施例允许例如在期望从待监测的厂(例如净化厂)的上游和下游进行测量的情况下降低实现光学测量的成本。图10中示出了这样的实施例的示例，其中光学测量系统80包括三个测量区21、22和23、通过光纤85、86、87和88连接到测量区的单个光源81和单个光谱仪84。
[0086]
根据另一实施例，除了光学测量系统包括分别布置在测量区21、22和23的末端的三个反射器45、45’和45”(如结合图2所描述)之外，与图10所解说的实施例类似地执行原位测量。如图11示意性地解说的，测量区21、22和23的长度沿上游
‑
下游方向增加；换言之，光路的长度在上游
‑
下游方向增加。该实施例尤其有利于提高沼气处理方法的效率测量的准确度，因为随着沼气流过沼气净化厂(此处为厂60和61)，沼气中存在的化学物质的浓度越来越低。因此，调整uv辐射的光路可能是有利的，尤其是通过在下游方向上加长它，以便能够可靠地测量化学物质浓度，即使是在低化学物质浓度的情形中。这避免了使用过度浓缩化学物质的设备，尤其是在沼气处理过程结束时。为了在上游
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下游方向上加长光路，可替代地或结合图10的实施例来实现根据上述本发明实施例之一的方法，其中光学系统包括至少一个偏移开的光学通路。
[0087]
根据图12所解说的实施例，光学测量系统90包括用于保护光源91和/或光谱仪94的装置95。这种保护性装置例如在光学测量系统的冷操作期间是有用的，以防止光学元件的污染，如上面已经解释的。这些保护性装置可包括挡板、光源91或光谱仪94与流过测量区
21的沼气之间的空气屏障、用以防止液体或固体颗粒粘附在例如光源91与沼气之间或光谱仪94与沼气之间的表面上的特定涂层、或加热所述表面的装置。其也可以是光学传感器的特定几何形状，未在图12中示出。
[0088]
根据图13所解说的一个实施例，光学测量系统90的配置是反射型的，光学测量系统90包括光源91、光谱仪94和反射器45，光学测量系统90的这些元件被定位在管道20的弯曲处，使得uv辐射的光路基本上与测量区21中的沼气的路径p相切。
[0089]
根据图14所解说的另一实施例，光学测量系统90的配置是反射型的，光学测量系统90包括光源91、光谱仪94和反射器45，光学测量系统90的这些元件被布置在管道20内，优选地在管道20的出口处，使得uv辐射的光路基本上与测量区21中的沼气的路径p平行。
[0090]
本发明还涉及一种包括用于实现根据本发明的方法的如上所述的至少一个光学测量系统的厂。根据本发明的一种实施方式，该厂可以是沼气净化厂和/或使用沼气的系统。根据其中厂是使用沼气的系统的本发明的一种实施方式，根据本发明的方法可以在所述厂的上游实现。
[0091]
本发明进一步涉及将根据本发明的方法用于测量在厂的管道中流动的沼气中所含的至少一种气态化学物质的浓度的用途。根据本发明的一种实施方式，该厂可以是沼气净化厂和/或使用沼气的厂。根据其中厂是使用沼气的系统的本发明的一种实施方式，根据本发明的方法可以在所述厂的上游实现。