专利名称：一种快速确定堆肥腐熟度的方法
技术领域：
本发明涉及一种堆肥腐熟度的方法，特别涉及一种快速确定堆肥腐熟度的方法。
背景技术：
生活垃圾、食品加工废弃物和食品工业残留物等由人类活动产生的废弃物中含有大量的有机材料，累积量大，常规填埋不仅会占用大量宝贵的土地资源，也是一种巨大的资源浪费。堆肥是利用微生物对有机质进行分解，得到可资源化利用的堆肥产物。堆肥绿色 环保，投资低，操作简单，在回收和恢复这些废弃物作为新材料或者生物源的领域具有很大的优势，是目前资源化处理有机固化废弃物的最佳途径之一。堆肥过程中可以将废有机材料转化为堆肥土壤有机质，提高土壤的肥力，改善土壤结构，进而提高作物产量。而未成熟或新鲜的堆肥中含有大量未转化或未完全转化的有机固体废弃物，施用之后会植物产生药害作用，危害环境。因此，堆肥成熟程度是土壤实际应用化的一个关键指标。堆肥是一个复杂的生化反应过程，涉及的生化反应、产物繁多，堆肥过程中的物质变化极其复杂，堆肥腐熟度的判定方法也多种多样。常用的堆肥腐熟度的判定方法有植物萌发和生长试验，通过发芽指数来确定堆肥腐熟度。该方法操作复杂，仅发芽指数的判断就需要48 72h，无法快速确定腐熟度，导致无法准确控制堆肥时间，影响堆肥的效率。也有使用其他方法和参数也可用来评价堆肥的成熟过程，包括物理方法、化学及生物特性，如碳-氮比(C/N)、氮源改变、阳离子交换容量、光密度、热重分析法、索尔薇塔(Solvita)实验、微生物呼吸作用、微生物种群的变化、酶活性等等。但是，大多数这些方法，时间周期长且劳动强度大，还可能需要昂贵的仪器。研究发现，在堆肥的过程中，有机物的一部分的最终转化成稳定的复杂的大分子游离物质，如腐殖酸(HS)，堆肥腐熟与堆肥堆制过程中腐殖化程度密切相关。如Tomati等采用腐殖酸分子量改变作为堆肥腐熟指标;Amir等则使用污泥堆肥过程中的腐殖酸的化学结构的变化来指示；Zmora-Nahum等发现堆肥过程中水溶性有机碳(DOC)是一个确定堆肥成熟的简单明了的参数，其中每千克堆肥污泥增加4克有机碳作为堆肥成熟的一个阈值。但是这些方法同样操作复杂，耗时长，很难应用于实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速确定堆肥腐熟度的方法。
本发明所采取的技术方案是
一种快速确定堆肥腐熟度的方法，包括如下步骤
1)从堆肥物中取样并提取其中的D0M，得到DOM溶液； 2)在得到的DOM溶液中加入电解质和缓冲剂，混合均匀，排除混合液中的氧气，得到待测样；3)使用电解质和缓冲剂配制空白体系，并排除其中的氧气；
4)对空白体系施加稳压直流电至体系电流稳定；
5)在空白体系中加入待测样，施加氧化或还原电位，并使不同电极的电位在氧化或还原电位之间跃迁，测定其电子转移量；
6)根据测得的数据，确定堆肥腐熟度。优选的，从堆肥物中提取DOM的操作包括如下步骤
取定量的堆肥物，与超纯水混合，振荡完全，得到悬浮液；
将悬浮液离心，取上清过孔径不大于O. 45 μ m的膜，得到DOM溶液。 优选的，电解质为KC1。优选的，缓冲剂为NaH2P04。计算得到DOM的电子循环能力(ERR)彡75%，或电子接收能力(EAC)不低于1150 μ mole_(g · CT1，判定堆肥腐熟。优选的，稳压直流电的电压为-O. 8 +0. 6V。优选的，氧化电位的电压为-O. 2 +0. 6V。优选的，还原电位的电压为-O. 8 -O. 6V。本发明的有益效果是
本发明方法操作简便，无需使用昂贵的仪器，具有准确度高，误差小，耗时短的优点。本发明方法可以快速准确地确定堆肥腐熟度，可以在堆肥腐熟后快速结束堆肥，可以有效地减少堆肥所用的时候，提高堆肥的可靠性。
图I是堆肥过程中肥堆的温度曲线；
图2是堆肥各阶段DOM的电子转移能力测定的效果 图3是堆肥各阶段DOM的电子循环能力测定的效果 图4是堆肥各阶段DOM的种子发芽指数的效果图。
具体实施例方式一种快速确定堆肥腐熟度的方法，包括如下步骤
1)从堆肥物中取样并提取其中的D0M，得到DOM溶液；
2)在得到的DOM溶液中加入电解质和缓冲剂，混合均匀，排除混合液中的氧气，得到待测样；
3)使用电解质和缓冲剂配制空白体系，并排除其中的氧气；
4)对空白体系施加稳压直流电至体系电流稳定；
5)在空白体系中加入待测样，施加氧化或还原电位，并使不同电极的电位在氧化或还原电位之间跃迁，测定其电子转移量；
6)根据测得的数据，确定堆肥腐熟度。优选的，从堆肥物中提取DOM的操作包括如下步骤
取定量的堆肥物，与超纯水混合，振荡完全，得到悬浮液；
将悬浮液离心，取上清过孔径不大于O. 45 μ m的膜，得到DOM溶液。
优选的，电解质为KC1。当然，也可以使用其他的电解质。优选的，缓冲剂为NaH2P04。当然，也可以使用其他的缓冲剂为。计算得到DOM的电子循环能力(ERR) ^ 75%，或电子接收能力(EAC)不低于1150 μ mole_(g · CT1，判定堆肥腐熟。为保证数据的可靠性和操作的方便性，稳压直流电的电压优选为-O. 8 +0. 6V ；氧化电位的电压优选为_0. 2 +0. 6V ;还原电位的电压优选为-O. 8 -O. 6V。
堆肥模型
堆肥原料为污泥IOOOkg(来自实验污水处理厂的厌氧塘污水污泥)、米糠200kg、原肥料460kg混合均匀，采用C/N为24，湿度为56%，在堆肥池中进行堆制40天。9天后，每天翻堆两次以保持肥堆中含氧量达到微生物所需氧气。每天通过测量堆肥不同区域的温度来辨别堆肥过程进展，采样点具体为表下60cm和100cm。为获得代表性的样品和分析结果，分别采取堆肥的5个相同地方的样品，每份500g来作为堆肥各个阶段的温度读数。堆肥过程中温度的变化曲线如图I示，为典型的堆肥模式。温度是一个用于监控堆肥过程的主要参数，它反映了堆肥过程中微生物活动以及还原病原体物质的能力。由图可知肥堆的嗜热温度在堆肥第3天时达到最高值62°C，第四天后温度开始下降，到了第23天，温度低于40°C，在35天以后，基本上接近环境温度。从温度曲线可知，到第23天，堆肥已经腐熟，而从35天往后，水溶性有机物质基本上被微生物消耗完。堆肥腐熟度的确定
DOM的提取
1)称取一定量的堆肥污泥，将之与超纯水混合均匀，混合质量比例为I: 5，然后将混合好的样品放在摇床上20°C振摇16h ；
2)将悬浮液在离心机上离心，转速为12000rpm；
3)取离心得到的上清液渗过O.45 μ m的滤膜，得到的即为DOM溶液。DOM溶液电化学性能的测定
1)实验准备用于测定的DOM配置成200mgC/L，以O.IM KCl作为电解质，O. IM NaH2PO4作为缓冲溶液，PH = 7 ;空白体系采用O. IM KCl作为电解质，O. IM NaH2PO4作为缓冲溶液，PH = 7 ;所有溶液使用前冲N230min去氧；
2)库仑安培法测定电子接收能力在工作电极电压Eh=-O.6V的条件下，待20ml空白体系中的电流稳定之后(约30min)加入Iml样品。通过计算电流-时间响应区域的面积得出电子转移量；
3)库仑安培法测定电子供给能力在工作电极电压Eh=+0.5V的条件下，待20ml空白体系中的电流稳定之后(约30min)加入Iml样品。通过计算电流-时间响应区域的面积得出电子转移量；
4)电位跃阶法测定电子循环能力设定跃阶电位在还原电位Eh=-O. 6V和氧化电位Eh= +0. 5V。空白体系和样品在两个电位之间分别跃阶3次，通过比较出各阶段的电流-时间响应区域差异并计算出DOM在各阶段循环过程的电子转移量。计算电子循环率电子循环率为DOM经过多次跃阶后，稳定的电子转移能力与初始的电子转移能力的商。通过以下公式计算得出
权利要求
1.一种快速确定堆肥腐熟度的方法，包括如下步骤 1)从堆肥物中取样并提取其中的DOM，得到DOM溶液； 2)在得到的DOM溶液中加入电解质和缓冲剂，混合均匀，排除混合液中的氧气，得到待测样； 3)使用电解质和缓冲剂配制空白体系，并排除其中的氧气； 4)对空白体系施加稳压直流电至体系电流稳定； 5)在空白体系中加入待测样，施加氧化或还原电位，并使不同电极的电位在氧化或还原电位之间跃迁，测定其电子转移量； 6)根据测得的数据，确定堆肥腐熟度。
2.根据权利要求I所述的一种快速确定堆肥腐熟度的方法，其特征在于从堆肥物中提取DOM的操作包括如下步骤 取定量的堆肥物，与超纯水混合，振荡完全，得到悬浮液； 将悬浮液离心，取上清过孔径不大于0. 45y m的膜，得到DOM溶液。
3.根据权利要求I所述的一种快速确定堆肥腐熟度的方法，其特征在于电解质为KCl。
4.根据权利要求I或3所述的一种快速确定堆肥腐熟度的方法，其特征在于缓冲剂为 NaH2P04。
5.根据权利要求I所述的一种快速确定堆肥腐熟度的方法，其特征在于计算得到DOM的电子循环能力(ERR)≥75%，或电子接收能力(EAC)不低于1150 umole_ (g.C)-1，判定堆肥腐熟。
6.根据权利要求I所述的一种快速确定堆肥腐熟度的方法，其特征在于稳压直流电的电压为-0. 8 +0. 6V。
7.根据权利要求I所述的一种快速确定堆肥腐熟度的方法，其特征在于氧化电位的电压为-0. 2 +0. 6V。
8.根据权利要求I或7所述的一种快速确定堆肥腐熟度的方法，其特征在于还原电位的电压为-0. 8 -0. 6V。
全文摘要
本发明公开了一种快速确定堆肥腐熟度的方法。本发明通过简单测定水溶性有机质的电化学性质来确定堆肥腐熟度，测定结果与种子发芽指示具有高度一致性，表明本发明方法可以准确、快速指示堆肥腐熟程度。
文档编号G01N27/26GK102661982SQ201210118480
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者周顺桂, 袁勇, 陶亚 申请人:广东省生态环境与土壤研究所