[发明专利]一种基于分形维数评价秸秆预处理效果的方法

说明书

本发明公开了一种基于分形维数评价秸秆预处理效果的方法，属于秸秆厌氧生物转化领域，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；通过历史实验数据计算分析，由分形维数的大小可预测出其总有机碳最大溶出浓度TOC_max与有机质溶出表观活化能AAE，从而评估此种秸秆预处理效果；该方法通过分形维数与TOC_max与AAE的关系分析，实现以量化指标指示秸秆复杂赋存形态经不同预处理方式后处理效果，代替繁琐实验，为评价秸秆预处理效果和节时降耗提供了一种量化管理办法。

技术领域

本发明涉及秸秆厌氧生物转化领域，特别是涉及一种基于分形维数评价秸秆预处理效果的方法。

背景技术

当前我国农作物秸秆产量巨大，每年约10亿吨。肥料、饲料、基料、燃料、原料等“五料化”利用是秸秆综合利用的主要途径。从成分上，秸秆属于来源丰富的含碳有机大分子功能体，可作为生物质开发绿色可循环的生物燃料等功能化产品。从结构上，秸秆中半纤维素、木质素以及果胶等物质将纤维素组分紧紧包裹，形成致密多孔结构。由于其所形成的天然抗降解屏障以及木质纤维素固体基质物性引起的吸附解吸、水束缚、底物抑制等固体基质颗粒效应，往往导致秸秆转化利用过程的技术经济性差、高值化利用途径少，造成大量秸秆就地还田、无序焚烧，引发病虫害、空气污染等环境问题。另一方面，我国石油、天然气供给紧张，以秸秆为原料制备油类及生物燃气等清洁能源，可以减少油气资源的进口压力。

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，目前对秸秆不同预处理方式效果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能源化利用原料效果评价要求。因此，制定快速且科学对不同秸秆预处理效果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预处理效果的方法，以解决上述现有技术存在的问题，在秸秆预处理后通过一个指标同时完成对总有机碳最大溶出浓度TOCmax与有机质溶出表观活化能AAE的预测评价。

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预处理效果的方法，包括下述步骤：

1)取待测秸秆为样品，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实验积累，采用线性回归方法构建分形维数D_f与总有机碳最大溶出浓度TOC_max(Total Organic Carbon)与有机质溶出表观活化能AAE(ApparentActivated Energy)的计算模型；