专利名称：一种获得好氧堆肥微结构表征参数的方法
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:(I)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(I)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D5tl，并绘制以时间点和中位粒径D5tl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D5tl且小于步骤(3)中最大的中位粒径D5tl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权利要求
1.一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(I)中所取样品进行真空冷冻干燥，然后过筛，得到粒径小于2_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D5tl，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D5tl且小于步骤(3)中最大的中位粒径Dki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2.一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(I)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D5tl； (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D5tl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；
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，所述“检测步骤(2)得到的颗粒状待测样品的中位粒径D5tl”的方法为动态图像分析法、静态图像分析法或激光粒度法。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:所述动态图像分析法的方法如下:采用动态图像分析仪，按照国际标准IS013322-2检测所述颗粒状待测样品的中位粒径D5(l。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于:所述静态图像分析法的方法如下:利用显微镜采集颗粒图像，结合图像分析软件按照国际标准IS013322-1统计其数字直径，然后采用公式(I )将数字直径转化为相应颗粒体积，然后以递增的粒径级为横坐标，以累积体积分数为纵坐标绘制“累积体积分数分布图”，累积体积分数x%处所对应的粒径即为Dx，由此获得所述颗粒状待测样品的中位粒径D5tl ；
6.如权利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于:所述步骤(4)中，所述“检测步骤(2)得到的颗粒状待测样品的形状因子”的方法为动态图像分析法或静态图像分析法。
7.如权利要求1至6中任一所述的方法，其特征在于:所述步骤(4)中，所述“形状因子”为纵横比和球形度。
8.如权利要求1至7中任一所述的方法，其特征在于:所述步骤(6)中，“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”时，窗片要求如下:透过波长至少包含 4000-650CHT1。
9.如权利要求1至8中任一所述的方法，其特征在于:所述步骤(6)中，“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”时，扫描参数如下:扫描范围4000-750(^1,光谱分辨率16CHT1，像素点大小6.25ymX6.25 μ m，每个像素点扫描16次。
10.如权利要求1至9中任一所述的方法，其特征在于:所述步骤(6)中，所述“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”的方法如下:由颗粒外缘向内核沿径向逐点提取2928CHT1和1136CHT1波段处的二阶导数值，绘制其沿测量深度的变化曲线，根据上述两个波段二阶导数沿测量深度的相反变化趋势，计算好氧层厚度。
全文摘要
本发明公开了一种获得好氧堆肥微结构表征参数的方法。本发明提供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)对所取样品进行真空冷冻干燥，得到粒径小于2mm的颗粒状待测样品；(3)检测颗粒状待测样品的中位粒径D50，并绘制变化趋势图；(4)检测颗粒状待测样品的形状因子，并绘制变化趋势图；(5)得到堆肥微单元的平均孔隙度，并绘制变化趋势图；(6)确定好氧层厚度，并绘制变化趋势图。本发明能有效解决现有好氧堆肥数值模拟和机理研究过程微结构构建和表征困难的现实问题，有助于堆肥过程节能、减排、增效反应机制研究以及科学、适用的工程技术和装备研发。
文档编号G01N15/00GK103234876SQ201310187430
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月20日 优先权日2013年5月20日
发明者韩鲁佳, 葛金怡, 黄光群, 王永江, 张安琪, 黄晶, 张阳 申请人:中国农业大学