[发明专利]一种基于分形维数评价秸秆厌氧转化生物可及性的方法

说明书

本发明公开了一种基于分形维数评价秸秆厌氧转化生物可及性的方法，属于有机固体废弃物厌氧消化领域，该方法具体包括：秸秆破碎，充分干燥；使用激光粒度分析仪对秸秆固体进行分析测试，测得波矢Q与散射光强I；采用数据处理软件分析波矢Q及散射光强I，基于分形理论获得秸秆二维分形维数D_f；计算分析，由不同条件秸秆分形维数的大小可预测出其厌氧水解酸化程度与产甲烷潜势高低，评估秸秆厌氧转化生物可及性；该方法通过分形维数与挥发性脂肪酸及产甲烷潜势的关系分析，实现以量化指标指示秸秆赋存形态的复杂程度，以便捷指标预测水解程度及产甲烷潜势，为秸秆高效厌氧生物转化和节时降耗提供了一种量化管理办法。

技术领域

本发明涉及有机固体废弃物厌氧消化领域，特别是涉及一种基于分形维数评价秸秆厌氧转化生物可及性的方法。

背景技术

秸秆厌氧制备生物燃气利用混合微生物发酵手段回收生物质能，副产品沼液沼渣可以回田利用，是一种绿色循环的秸秆处理处置方式。生物燃气产业得到国际广泛重视，例如，仅德国就建设有万余座秸秆沼气工程。我国通过引进吸收先进技术在规模化沼气工程技术方面取得了长足进步，但是由于我国秸秆原料的时空分布广和秸秆种类多具有自身特点，国外技术无法切实解决制约我国秸秆沼气工程发展的所有瓶颈问题。另一方面，天然抗降解屏障以及木质纤维素固体基质物性导致秸秆作为生物沼气原料产气效率低、发酵周期长，通过一定的预处理技术高效破稳，提升秸秆生物可及性，是秸秆高效沼气化利用的重要方式。

针对这些现象，目前对不同地区、不同种类、不同收获期、不同预处理秸秆其厌氧生物转化技术适应性缺乏准确的评价标准，基本上是凭借经验，按照秸秆颜色变化、预处理时间和环境条件进行简单的判断，或是实验室内借助专业仪器历时30-60天进行厌氧生物转化潜势实验，时间成本巨大，均难以满足秸秆大规模沼气化利用原料效果评价要求。因此，制定快速且科学的对不同秸秆厌氧转化生物可及性的评价方法迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分形维数评价秸秆厌氧转化生物可及性的方法，以解决上述现有技术存在的问题，在秸秆厌氧转化过程中通过一个指标同时完成对水解酸化过程和产甲烷过程的潜势评价。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于分形维数评价秸秆厌氧转化生物可及性的方法，包括下述步骤：

1)取待比较的秸秆为样品，充分干燥且破碎；

2)将步骤1)中干燥秸秆样品与水混合，持续均匀搅动；

3)使用激光粒度分析仪对步骤2)中混合液体进行分析测试，测得波矢Q与散射光强I数据；

4)基于分形理论，采用数据处理软件分析步骤3)获得的波矢Q及散射光强I，由公式，获得此秸秆样品二维分形维数D_f；

5)根据文献历史数据或大量试验积累，采用线性回归方法构建分形维数D_f与挥发性脂肪酸最大累积浓度VFA_max(Volatile Fatty Acid maximum)及厌氧生物甲烷潜势BMP(Biochemical Methane Potential)的计算模型；

6)将秸秆分形维数D_f带入到步骤5)的模型中，模型输出此秸秆样品的挥发性脂肪酸最大累积值VFA_max及厌氧生物甲烷潜势BMP，得到此种秸秆样品的厌氧生物可及性预测。

进一步地，所述步骤1)中，分析秸秆样品可以为经不同预处理方式处理后样品，或不同地域秸秆样品，或不同种类秸秆样品，或不同收获时间秸秆样品。

进一步地，所述秸秆样品破碎至0.01-3500微米。