[發明專利]一種獲得好氧堆肥微結構表征參數的方法

有效

• 申請號: 201310187430.4
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103234876A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 韓魯佳;葛金怡;黃光群;王永江;張安琪;黃晶;張陽
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02;G01N15/08
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種獲得好氧堆肥微結構表征參數的方法。

背景技術

據統計，目前我國年產有機固體廢棄物約40多億噸，若處理不當，極易造成環境污染，并帶來安全隱患。作為有機固體廢棄物循環利用的有效途徑，高溫好氧堆肥技術因其簡便、易行、高效等特點被廣泛應用。在我國，僅工廠化規模集約化利用畜禽糞便等有機固體廢棄物原料生產有機肥的企業就逾千家。

但因為堆肥物料發酵環境的復雜性，還存在發酵不均勻、產生惡臭氣體等諸多問題，通過基于微觀結構構建和表征的數學模擬和機理研究是解決上述問題的重要途徑。國內外學者關于有機固體廢棄物好氧堆肥微結構概念的提出從微觀到宏觀合理詮釋了堆體的生化演變機理，但目前尚缺乏一種構建和表征好氧堆肥微結構的有效方法，制約了節能、減排、增效反應機制研究以及適用的工程技術和裝備研發。

發明內容

本發明的目的是提供一種科學、系統、適用的一種獲得好氧堆肥微結構表征參數的方法，可有效表征微觀視野下顆粒粒徑、粒形、自由空域分布以及好氧層厚度等信息。

本發明提供了一種獲得好氧堆肥過程中微結構表征參數變化趨勢的方法，包括以下步驟：

（1）在兩個以上時間點對好氧堆肥過程中的堆體分別進行混勻取樣；

（2）對步驟（1）中所取樣品進行真空冷凍干燥，然后過篩，得到粒徑小于2mm的顆粒狀待測樣品；

（3）檢測步驟（2）得到的顆粒狀待測樣品的中位粒徑D₅₀，并繪制以時間點和中位粒徑D₅₀為坐標的變化趨勢圖；

（4）檢測步驟（2）得到的顆粒狀待測樣品的形狀因子，并繪制以時間點和形狀因子為坐標的變化趨勢圖；

（5）按照粒徑大于步驟（3）中最小的中位粒徑D₅₀且小于步驟（3）中最大的中位粒徑D₅₀的原則，從步驟（2）得到的每個顆粒狀待測樣品中選擇20個以上顆粒，進行冷凍切片，獲得每個顆粒直徑最大的顆粒橫截面的顯微鏡照片，并利用圖像分析軟件計算每個顆粒的孔隙度，將所選取的所有顆粒的檢測結果求平均，得到堆肥微單元的平均孔隙度，并繪制以時間點和平均孔隙度為坐標的變化趨勢圖；

A_i：顆粒上的第i個孔隙的面積；N：顆粒上的孔隙個數；A₀：顆粒面積；

（6）利用顯微紅外光譜儀掃描步驟（5）得到的直徑最大的顆粒橫截面，應用二階導數（9次差分）處理原始光譜，從處理后的光譜中優選與好氧反應聯系緊密的特征波段，在此波段的二階導數圖像上沿顆粒徑向提取二階導數數值，根據數值變化確定好氧層厚度，并繪制以時間點和好氧層厚度為坐標的變化趨勢圖。

本發明提供了一種獲得好氧堆肥微結構的表征方法，包括以下步驟：

（1）對好氧堆肥過程中的堆體進行混勻取樣；

（2）對步驟（1）中所取樣品進行真空冷凍干燥，然后過篩，得到粒徑小于2mm的顆粒狀待測樣品；

（3）檢測步驟（2）得到的顆粒狀待測樣品的中位粒徑D₅₀；

（4）檢測步驟（2）得到的顆粒狀待測樣品的形狀因子；

（5）從步驟（2）得到的顆粒狀待測樣品中選擇20個以上粒徑等于所述中位粒徑D₅₀的顆粒，進行冷凍切片，獲得每個顆粒直徑最大的顆粒橫截面的顯微鏡照片，并利用圖像分析軟件計算每個顆粒的孔隙度，將所選取的所有顆粒的檢測結果求平均，得到堆肥微單元的平均孔隙度；

A_i：顆粒上的第i個孔隙的面積；N：顆粒上的孔隙個數；A₀：顆粒面積；

（6）利用顯微紅外光譜儀掃描步驟（5）得到的直徑最大的顆粒橫截面，應用二階導數（9次差分）處理原始光譜，從處理后的光譜中優選與好氧反應聯系緊密的特征波段，在此波段的二階導數圖像上沿顆粒徑向提取二階導數數值，根據數值變化確定好氧層厚度。

以上所述“獲得好氧堆肥過程中微結構表征參數變化趨勢的方法”或以上所述“獲得好氧堆肥微結構的表征方法”中，技術路線流程圖見圖1。

以上所述“獲得好氧堆肥過程中微結構表征參數變化趨勢的方法”或以上所述“獲得好氧堆肥微結構的表征方法”中，由于堆肥樣品呈現疏松的土壤式團粒結構，存在較為嚴重的團聚現象，極易影響表征效果。針對此問題，本發明在步驟（2）中利用空氣作為分散介質，將堆肥樣品進行真空冷凍干燥處理。