專利名稱：一種評(píng)價(jià)堆肥過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢物處理與資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過不同堆肥時(shí)段水溶性有機(jī)物結(jié)構(gòu)的相似性比較來評(píng)價(jià)堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的方法。
背景技術(shù)：
堆肥是有機(jī)固體廢棄物一種重要的資源化處理手段，在堆肥過程中，有機(jī)物發(fā)生礦化和腐殖化，生成二氧化碳和水，以及形成腐殖質(zhì)類物質(zhì)，最終達(dá)到穩(wěn)定。堆肥工藝參數(shù)如溫度、含水率、通氣量、翻堆頻率等，是影響堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的重要因素。堆肥過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的高低直接影響著堆肥成本堆肥過程有機(jī)物轉(zhuǎn)化效率高，腐熟周期短，不但能節(jié)省堆肥場(chǎng)地，還能降低堆肥所需動(dòng)力成本；反之，堆肥過程有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化效率低，不僅會(huì)增加堆肥廠土建成本，還會(huì)增加單位堆肥產(chǎn)品的動(dòng)力消耗成本。
在堆肥過程中，有機(jī)物發(fā)生降解，產(chǎn)生二氧化碳和水，形成腐殖質(zhì)類物質(zhì)，因此，可以通過堆肥材料體積和質(zhì)量的減少速率、二氧化碳的生成量速率、氧氣消耗量速率以及腐殖化合成速率來評(píng)價(jià)堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率，但這些方法或測(cè)定過程復(fù)雜，或不能從微觀結(jié)構(gòu)精確揭示堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率，無法為改善堆肥工藝提供精確的指導(dǎo)。堆肥是一個(gè)有機(jī)物演化的過程，隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)不斷發(fā)生降解和腐殖化，其相似性不斷變差。因此，在間隔相同的兩個(gè)堆肥時(shí)間里，有機(jī)質(zhì)的相似性越高，表明堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率越低，而有機(jī)質(zhì)的相似性越差，表明堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率越高。堆肥過程有機(jī)物只有溶于水后，微生物才能利用，水溶性有機(jī)物(DOM)組成比固相有機(jī)物更能有效反映堆肥物質(zhì)演化過程，因此，可以通過堆肥水溶性有機(jī)物結(jié)構(gòu)變化來判斷堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率?，F(xiàn)代光譜技術(shù)，如紫外-可見吸收光譜、紅外光譜及熒光光譜，能夠用來研究堆肥有機(jī)物組成，從微觀揭示堆肥有機(jī)物結(jié)構(gòu)特征。另一方面，多元統(tǒng)計(jì)分析如聚類分析，能夠從統(tǒng)計(jì)學(xué)上揭示不同樣品的相似性，因此，當(dāng)把現(xiàn)代光譜技術(shù)和聚類分析結(jié)合起來，就可以比較不同堆肥時(shí)段有機(jī)物的相似性，進(jìn)而判斷堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)容在于提供一種評(píng)價(jià)堆肥過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的方法，通過不同時(shí)日堆肥樣品中水溶性有機(jī)物結(jié)構(gòu)相似性的比較來評(píng)價(jià)堆肥過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的評(píng)價(jià)堆肥過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的方法，主要步驟為A)樣品采集與水溶性有機(jī)物提取堆肥過程中，以一定間隔時(shí)日采集堆肥樣品，在堆肥樣品中加水，震蕩離心后取上清液過濾，制得水溶性有機(jī)物；B)水溶性有機(jī)物含量測(cè)定測(cè)定水溶性有機(jī)物中的碳濃度；C)特征紫外和熒光光譜參數(shù)測(cè)定(I)測(cè)定水溶性有機(jī)物在254nm下的紫外吸收值，將其除以水溶性有機(jī)物中的碳濃度，得單位濃度水溶性有機(jī)物的特征紫外吸收值SUVA254 ；
(2)測(cè)定水溶性有機(jī)物在253nm和203nm下的紫外吸收值，計(jì)算其比值E253/E2(l3 ；(3)掃描水溶性有機(jī)物在254nm激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜，計(jì)算發(fā)射光譜中435-480nm范圍內(nèi)的熒光積分面積與300_345nm范圍內(nèi)的熒光積分面積的比值A(chǔ)4A1 ；(4)掃描水溶性有機(jī)物樣品一定波長差下250_600nm范圍內(nèi)的同步熒光光譜，計(jì)算250-308、308-363、363-600范圍內(nèi)各自熒光積分面積占總面積的比分比，記為PLR、FLR及 HLR;D)相似性分析以不同堆肥時(shí)日樣品的SUVA25PE253ZiE2c^A4ApPLRJLR及HLR為參數(shù)，進(jìn)行變量聚類分析；E)堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率評(píng)價(jià)在聚類分析中，相同時(shí)間間隔堆肥樣品的距離值越大，則堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率越高；反之，相同時(shí)間間隔樣品的距離值越小，堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率越低?！に龅姆椒ㄖ?，步驟A中在堆肥樣品中加水比例是堆肥干重固液比Ig : 10ml。所述的方法中，步驟A中加入的水是雙蒸水。所述的方法中，步驟A中的上清液過濾是采用O. 45 μ濾膜進(jìn)行過濾。所述的方法中，步驟B是將堆肥樣品中水溶性有機(jī)物的碳濃度調(diào)至小于10mg/L后進(jìn)行測(cè)定。所述的方法中，步驟C中的第4步中所指的一定波長差為30nm。所述的方法中，步驟D中的變量聚類分析是采用在統(tǒng)計(jì)軟件SPSS上進(jìn)行；聚類方法采用組間連接法，距離度量采用歐幾里德距離的平方。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)分析簡單，技術(shù)要求低，評(píng)價(jià)所需時(shí)間短。樣品采集完畢后，后續(xù)提取和分析過程簡單，所需時(shí)間短，整個(gè)評(píng)價(jià)過程24小時(shí)內(nèi)即可完成。(2)能精確比較不同堆肥時(shí)日物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率大小。由于在聚類分析所得圖中，不同時(shí)日樣品的相似性的大小可以數(shù)值表示出來，因此能精確判斷不同堆肥階段物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率。


圖I是本發(fā)明的流程圖；圖2是生活垃圾堆肥過程不同時(shí)日有機(jī)質(zhì)相似性分析；圖3是牛糞堆肥過程不同時(shí)日有機(jī)質(zhì)相似性分析。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的技術(shù)方案如下(A)樣品采集與水溶性有機(jī)物提取堆肥過程中，以一定間隔時(shí)日采集堆肥樣品，采集完后以固液比I (堆肥干重，g) 10 (雙蒸水，ml)加雙蒸水震蕩4-10小時(shí)，離心后取上清液過O. 45 μ濾膜，制得水溶性有機(jī)物。(B)水溶性有機(jī)物含量測(cè)定與濃度調(diào)整測(cè)定堆肥水溶性有機(jī)物的碳濃度(DOC)，為避免因?yàn)樘紳舛冗^高影響光譜測(cè)定結(jié)果，先將碳濃度調(diào)至小于10mg/L再進(jìn)行紫外和熒光光譜參數(shù)的測(cè)定。
(C)特征紫外和熒光光譜參數(shù)測(cè)定測(cè)定堆肥水溶性有機(jī)物在254nm下的紫外吸收值，并除以其D0C，得單位濃度水溶性有機(jī)物的特征紫外吸收值SUVA254 ;測(cè)定堆肥水溶性有機(jī)物在253nm和203nm下的紫外吸收值，計(jì)算其比值E253/E2(l3。掃描水溶性有機(jī)物在254nm激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜，計(jì)算發(fā)射光譜中435_480nm范圍內(nèi)的熒光積分面積與300-345nm范圍內(nèi)的突光積分面積的比值A(chǔ)4/Alt)掃描水溶性有機(jī)物樣品一定波長差下250-600nm范圍內(nèi)的同步熒光光譜,計(jì)算250-308nm、308-363nm、363-600nm范圍內(nèi)各自熒光積分面積占總面積的比分比，記為PLR、FLR及HLR。(D)相似性分析以不同堆肥時(shí)日樣品的SUVA254、E253/E2Q3、A4A1, PLR、FLR及HLR為參數(shù)，在SPSS上進(jìn)行變量聚類分析。聚類方法采用組間連接法，距離度量采用歐幾里德距離的平方。(E)堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率評(píng)價(jià)在聚類分析圖中，相同時(shí)間間隔堆肥樣品的距離值越大，則堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率越高；反之，相同時(shí)間間隔樣品的距離值越小，堆肥轉(zhuǎn)化效率越 低。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。實(shí)施例I如圖I所示，首先是堆肥樣品采集與水溶性有機(jī)物提取。在北京一生活垃圾堆肥廠中，采集堆肥原料、堆肥7、14、21及51日的樣品，分別標(biāo)記為0d、7d、14d、21d、51d，以堆肥干重固液比I : 10 (g/ml)往樣品中加雙蒸水，震蕩8小時(shí)，離心后取上清液過O. 45 μ濾膜，制得堆肥水溶性有機(jī)物。水溶性有機(jī)物含量測(cè)定與濃度調(diào)整測(cè)定堆肥水溶性有機(jī)物的碳濃度(DOC)，將所有堆肥樣品水溶性有機(jī)物的碳濃度均調(diào)至7. Omg/L后，進(jìn)行特征紫外和熒光光譜參數(shù)測(cè)定。特征紫外和熒光光譜參數(shù)測(cè)定測(cè)定水溶性有機(jī)物在254nm下的紫外吸收值，并除以其DOC濃度，得單位濃度水溶性有機(jī)物的紫外吸收值SUVA254 ;測(cè)定堆肥水溶性有機(jī)物在253和203nm下的紫外吸收值，計(jì)算其比值E253/E2(l3。掃描水溶性有機(jī)物在254nm激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜，計(jì)算發(fā)射光譜中435-480nm范圍內(nèi)的熒光積分面積與300_345nm范圍內(nèi)的熒光積分面積的比值A(chǔ)4A1。掃描水溶性有機(jī)物樣品30nm波長差下250_600nm范圍內(nèi)的同步熒光光譜，計(jì)算250-308nm、308_363nm、363-600nm范圍內(nèi)各自熒光積分面積占總面積的比分比，記為PLR、FLR及HLR，具體數(shù)值見表I。相似性分析以不同堆肥時(shí)日的SUVA25PE253ZiE2c^A4A1JLRJLR及HLR值為參數(shù)，在統(tǒng)計(jì)軟件SPSS16. O上進(jìn)行變量聚類分析。聚類方法采用組間連接法，距離度量采用歐幾里德距離的平方。堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率評(píng)價(jià)如圖2所示，堆肥起始O天和7天樣品的相似性最小，顯示在堆肥前7天物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率最高，而堆肥的7天和14天有機(jī)質(zhì)相似性最高，顯示這一階段有機(jī)物轉(zhuǎn)化效率最低。堆肥的14天和21天有機(jī)物相似性居第二，顯示這一階段有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化效率也較低。堆肥的21天和51天有機(jī)質(zhì)相似性較差，顯示經(jīng)過30天的堆肥，有機(jī)質(zhì)發(fā)生了較大變化。在相同的堆肥時(shí)間內(nèi)，堆肥起始7天物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率最高，這與堆肥起始時(shí)大部分為易降解有機(jī)質(zhì)，易發(fā)生降解導(dǎo)致堆肥效率較高有關(guān)，堆肥的7-14天正處于高溫期，堆肥溫度很高，微生物活動(dòng)受到抑制，導(dǎo)致堆肥效率很低，而在堆肥的14-21天，易降解有機(jī)質(zhì)大部分被降解，主要發(fā)生難降解有機(jī)物的腐殖化過程，導(dǎo)致堆肥效率也較低。堆肥的21和51天雖然有機(jī)質(zhì)相似性性較差，但與這一時(shí)段時(shí)間間隔長(30天)有關(guān)。實(shí)施例2
在河北某牛糞堆肥廠采集堆肥0、7、14、21及28日的樣品，分別標(biāo)記為0d、7d、14d、21d、28d，以堆肥干重固液比I : 10 (g/ml)往樣品中加雙蒸水，震蕩10小時(shí)，離心后取上清液過O. 45 μ濾膜，制得堆肥水溶性有機(jī)物。水溶性有機(jī)物含量測(cè)定與濃度調(diào)整。測(cè)定堆肥水溶性有機(jī)物碳濃度(DOC)，將所有堆肥樣品水溶性有機(jī)物的濃度均調(diào)至6. Omg/L后，進(jìn)行特征紫外和熒光光譜參數(shù)測(cè)定。特征紫外和熒光光譜參數(shù)測(cè)定。測(cè)定水溶性有機(jī)物在254nm下的紫外吸收值，并除以其DOC濃度，得單位濃度水溶性有機(jī)物的紫外吸收值SUVA254 ;測(cè)定堆肥水溶性有機(jī)物在253和203nm下的紫外吸收值，計(jì)算其比值E253/E2(l3。掃描水溶性有機(jī)物在254nm激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜，計(jì)算發(fā)射光譜中435-480nm范圍內(nèi)的熒光積分面積與300_345nm范圍內(nèi)的熒光積分面積的比值A(chǔ)4A1。掃描水溶性有機(jī)物樣品30nm波長差下250_600nm范圍內(nèi)的同步熒光光譜，計(jì)算250-308、308-363、363-600nm范圍內(nèi)各自熒光積分面積占總面積的比分比，記為PLR、FLR及HLR，具體數(shù)值見表I。相似性分析以不同堆肥時(shí)日的SUVA25PE253ZiE2c^A4A1JLRJLR及HLR值為參數(shù)，在SPSS16. O上進(jìn)行變量聚類分析。聚類方法采用組間連接法，距離度量采用歐幾里德距離的平方。堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率評(píng)價(jià)。如圖3所示，堆肥起始O天和7天樣品的相似性最小，顯示在堆肥前7天物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率最高，而堆肥的7和14天以及21和28天有機(jī)質(zhì)相似性最高，顯示這一階段有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化效率最低。在相同的堆肥時(shí)間內(nèi)，堆肥起始7天物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率最高，這與堆肥起始時(shí)大部分為易降解有機(jī)質(zhì)，易發(fā)生降解導(dǎo)致堆肥效率較高有關(guān)，堆肥的7-14天正處于高溫期，堆肥溫度很高，微生物活動(dòng)受到抑制，導(dǎo)致堆肥效率很低，而在堆肥的21-28天，易降解有機(jī)質(zhì)大部分被降解，主要發(fā)生難降解有機(jī)物的腐殖化過程，導(dǎo)致堆肥效率也較低。表I生活垃圾堆肥過程特征紫外與熒光光譜參數(shù)變化
權(quán)利要求
1.一種評(píng)價(jià)堆肥過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的方法，其主要步驟為 A)樣品采集與水溶性有機(jī)物提取堆肥過程中，以一定間隔時(shí)日采集堆肥樣品，在堆肥樣品中加水,震蕩離心后取上清液過濾,制得水溶性有機(jī)物； B)水溶性有機(jī)物含量測(cè)定測(cè)定水溶性有機(jī)物中的碳濃度； C)特征紫外和熒光光譜參數(shù)測(cè)定 (1)測(cè)定水溶性有機(jī)物在254nm下的紫外吸收值，將其除以水溶性有機(jī)物中的碳濃度，得單位濃度水溶性有機(jī)物的特征紫外吸收值SUVA254 ； (2)測(cè)定水溶性有機(jī)物在253nm和203nm下的紫外吸收值，計(jì)算其比值E253/E2(l3； (3)掃描水溶性有機(jī)物在254nm激發(fā)波長下的熒光發(fā)射光譜，計(jì)算發(fā)射光譜中435-480nm范圍內(nèi)的熒光積分面積與300_345nm范圍內(nèi)的熒光積分面積的比值A(chǔ)4A1 ； (4)掃描水溶性有機(jī)物樣品一定波長差下250-600nm范圍內(nèi)的同步熒光光譜，計(jì)算250-308,308-363,363-600范圍內(nèi)各自熒光積分面積占總面積的比分比，記為PLR、FLR及HLR ； D)相似性分析以不同堆肥時(shí)日樣品的SUVA254、E253/E203>A4A1, PLR、FLR及HLR為參數(shù)，進(jìn)行變量聚類分析； E)堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率評(píng)價(jià)在聚類分析中，相同時(shí)間間隔堆肥樣品的距離值越大，則堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率越高；反之，相同時(shí)間間隔樣品的距離值越小，堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率越低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，步驟A中在堆肥樣品中加水比例是堆肥干重固液比 Ig : IOml ο
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，步驟A中加入的水是雙蒸水。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，步驟A中的上清液過濾是采用O.45 μ濾膜進(jìn)行過濾。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，步驟B是將樣品中的水溶性有機(jī)物的碳濃度調(diào)至小于10mg/L后進(jìn)行測(cè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，步驟C)中的第4步中所指的一定波長差為30nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，步驟D)中的變量聚類分析是采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS進(jìn)行；聚類方法采用組間連接法，距離度量采用歐幾里德距離的平方。
全文摘要
一種評(píng)價(jià)堆肥過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的方法，其主要步驟為A)樣品采集與水溶性有機(jī)物提??；B)水溶性有機(jī)物含量測(cè)定與濃度調(diào)整；C)特征紫外和熒光光譜參數(shù)測(cè)定；D)相似性分析；E)堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率評(píng)價(jià)。本發(fā)明分析簡單，技術(shù)要求低，評(píng)價(jià)所需時(shí)間短，能精確比較不同堆肥時(shí)日物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率大小。
文檔編號(hào)G01N21/33GK102928378SQ201210394860
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者何小松, 席北斗, 李丹, 潘紅衛(wèi), 張進(jìn)保 申請(qǐng)人:中國環(huán)境科學(xué)研究院