[发明专利]一种获得好氧堆肥微结构表征参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种获得好氧堆肥微结构表征参数的方法。

背景技术

据统计，目前我国年产有机固体废弃物约40多亿吨，若处理不当，极易造成环境污染，并带来安全隐患。作为有机固体废弃物循环利用的有效途径，高温好氧堆肥技术因其简便、易行、高效等特点被广泛应用。在我国，仅工厂化规模集约化利用畜禽粪便等有机固体废弃物原料生产有机肥的企业就逾千家。

但因为堆肥物料发酵环境的复杂性，还存在发酵不均匀、产生恶臭气体等诸多问题，通过基于微观结构构建和表征的数学模拟和机理研究是解决上述问题的重要途径。国内外学者关于有机固体废弃物好氧堆肥微结构概念的提出从微观到宏观合理诠释了堆体的生化演变机理，但目前尚缺乏一种构建和表征好氧堆肥微结构的有效方法，制约了节能、减排、增效反应机制研究以及适用的工程技术和装备研发。

发明内容

本发明的目的是提供一种科学、系统、适用的一种获得好氧堆肥微结构表征参数的方法，可有效表征微观视野下颗粒粒径、粒形、自由空域分布以及好氧层厚度等信息。

本发明提供了一种获得好氧堆肥过程中微结构表征参数变化趋势的方法，包括以下步骤：

（1）在两个以上时间点对好氧堆肥过程中的堆体分别进行混匀取样；

（2）对步骤（1）中所取样品进行真空冷冻干燥，然后过筛，得到粒径小于2mm的颗粒状待测样品；

（3）检测步骤（2）得到的颗粒状待测样品的中位粒径D₅₀，并绘制以时间点和中位粒径D₅₀为坐标的变化趋势图；

（4）检测步骤（2）得到的颗粒状待测样品的形状因子，并绘制以时间点和形状因子为坐标的变化趋势图；

（5）按照粒径大于步骤（3）中最小的中位粒径D₅₀且小于步骤（3）中最大的中位粒径D₅₀的原则，从步骤（2）得到的每个颗粒状待测样品中选择20个以上颗粒，进行冷冻切片，获得每个颗粒直径最大的颗粒横截面的显微镜照片，并利用图像分析软件计算每个颗粒的孔隙度，将所选取的所有颗粒的检测结果求平均，得到堆肥微单元的平均孔隙度，并绘制以时间点和平均孔隙度为坐标的变化趋势图；

A_i：颗粒上的第i个孔隙的面积；N：颗粒上的孔隙个数；A₀：颗粒面积；

（6）利用显微红外光谱仪扫描步骤（5）得到的直径最大的颗粒横截面，应用二阶导数（9次差分）处理原始光谱，从处理后的光谱中优选与好氧反应联系紧密的特征波段，在此波段的二阶导数图像上沿颗粒径向提取二阶导数数值，根据数值变化确定好氧层厚度，并绘制以时间点和好氧层厚度为坐标的变化趋势图。

本发明提供了一种获得好氧堆肥微结构的表征方法，包括以下步骤：

（1）对好氧堆肥过程中的堆体进行混匀取样；

（2）对步骤（1）中所取样品进行真空冷冻干燥，然后过筛，得到粒径小于2mm的颗粒状待测样品；

（3）检测步骤（2）得到的颗粒状待测样品的中位粒径D₅₀；

（4）检测步骤（2）得到的颗粒状待测样品的形状因子；

（5）从步骤（2）得到的颗粒状待测样品中选择20个以上粒径等于所述中位粒径D₅₀的颗粒，进行冷冻切片，获得每个颗粒直径最大的颗粒横截面的显微镜照片，并利用图像分析软件计算每个颗粒的孔隙度，将所选取的所有颗粒的检测结果求平均，得到堆肥微单元的平均孔隙度；

A_i：颗粒上的第i个孔隙的面积；N：颗粒上的孔隙个数；A₀：颗粒面积；

（6）利用显微红外光谱仪扫描步骤（5）得到的直径最大的颗粒横截面，应用二阶导数（9次差分）处理原始光谱，从处理后的光谱中优选与好氧反应联系紧密的特征波段，在此波段的二阶导数图像上沿颗粒径向提取二阶导数数值，根据数值变化确定好氧层厚度。

以上所述“获得好氧堆肥过程中微结构表征参数变化趋势的方法”或以上所述“获得好氧堆肥微结构的表征方法”中，技术路线流程图见图1。

以上所述“获得好氧堆肥过程中微结构表征参数变化趋势的方法”或以上所述“获得好氧堆肥微结构的表征方法”中，由于堆肥样品呈现疏松的土壤式团粒结构，存在较为严重的团聚现象，极易影响表征效果。针对此问题，本发明在步骤（2）中利用空气作为分散介质，将堆肥样品进行真空冷冻干燥处理。