一种有机废弃物堆置发酵腐熟度评价方法与流程

本发明属于有机废弃物处理领域，通过融合有机废弃物发酵过程的物理和化学参数变化曲率构建综合评价模型，实现废弃物堆置发酵腐熟度评价。

背景技术：

我国工业固体废物累计堆存量达到67.6亿吨，农作物秸秆年产量约8亿吨，锯末、刨花等林业废弃物达1600万吨，并且以年均5～10％的速度递增。但我国有机废弃物利用率不到30％，对环境造成巨大压力。堆肥产品因其具有稳定的性质、有机质和营养成分含量高、病原菌数量少、价格低等优点，因此通过农业废弃物堆肥发酵生产成为首选，我国已经成功将秸秆、椰糠、醋糟、菇渣等农业生产废弃物转化为有机栽培基质和有机肥料。目前在堆肥处理过程的物质变化和腐熟效果评价方法主要是通过分析发酵过程中温度、含水率等物理指标和挥发分含量、纤维素、半纤维素和木质素含量等化学指标。由于废弃物的来源和成分不稳定，因此通过单一的指标来评判会导致评价不合理，为废弃物发酵生产企业生产带来较多不利。

由于有机废弃物发酵过程为开放或半开放空间，其发酵过程受到外界温度、湿度等参数的影响，且不同的废弃物成分、微生物类型等均对发酵产生影响，因此采用具体数值评价腐熟度会产生较大的偏差。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种废弃物堆置发酵腐熟度评价方法，采集发酵堆置物的试样，测定发酵堆的温度和含水量，利用baps土壤氮循环监测系统测定样品的硝化速率、反硝化速率和呼吸速率变化，根据不同阶段的样品多参数变化曲率构建基于多信息融合评价模型，实现样品的腐熟度评价。

本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的。

一种废弃物堆置发酵腐熟度评价方法，测定发酵堆置物样品的容重和含水量，输入到baps土壤氮循环监测系统中，获取样品的硝化速率、反硝化速率和呼吸速率；根据不同采样阶段的样品参数曲线的变化曲率，构建基于多信息融合的评价模型，实现样品的腐熟度评价。

进一步，所述参数曲线的变化曲率为：

其中，di为pi^b、pi^f两点间的欧氏距离，pi^f为支持领域前端点，pi^b为支持领域后端点，离散曲率值si＝sign[(xi-xi^b)(yi^f-yi^b)-(xi^f-xi^b)(yi-yi^b)]，(xi^b，yi^b)、(xi^f，yi^f)分别是pi^b和pi^f的坐标，(xi，yi)为参数曲线上任意点的坐标，l为参数步长。

更进一步，所述支持领域前端点pi^f和支持领域后端点pi^b的获取方法为：设定计算参数步长l，从当前采样时间点分别向前、后遍历寻找与当前点的距离均为l的前后端点，确定支持领域，利用线性插值得到支持领域前端点pi^f和支持领域后端点pi^b。

进一步，所述基于多信息融合的评价模型为：

其中，x(t)为腐熟度评价值，xi(t)为参数曲线的变化曲率数值，ωi为参数i的最优权重，且ωi＝1+t(xi(t))，t(xi(t))为参数i的总支持度，且γij为t采样时间的参数i和参数j的支持度，参数个数n＝5。

更进一步，所述t采样时间的参数i和参数j的支持度γij＝sup(xi(t)，xj(t))＝d(xi(t)，xj(t)，k，β)，其中支持度k和β为给定参数，且k∈[0，1]，β≥0。

进一步，所述发酵堆置物样品的容重利用电子天平称重得到。

进一步，所述发酵堆置物样品的含水量利用土壤温湿度传感器测定。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过baps土壤氮循环监测系统分析微生物对有机废弃物发酵过程中的碳素和大部分氮素转化速率，从发酵过程的物质循环机理上获得发酵过程中呼吸速率、硝化和反硝化速率作为发酵过程的评价指标，更能反映发酵过程的变化，为废弃物堆肥发酵的生产提供标准化和规范化方法。

(2)本发明针对在发酵堆置物发酵腐熟时各个参数相对较稳定的特点，通过计算各参数曲线的变化曲率作为评价指标，避免了由于外界环境、发酵本身的物质成分和微生物活性对腐熟度差异的影响。

(3)本发明针对有机废弃物发酵的物料来源及成分稳定性不足的问题，通过多源信息融合方法建立有机废弃物发酵过程的物理指标(温度、含水量)和化学指标(硝化速率、反硝化速率和呼吸速率)融合的综合评价指标，提高了腐熟度评价指标的科学性和合理性。

附图说明

图1为本发明有机废弃物堆置发酵腐熟度评价流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

baps土壤氮循环监测系统是一种测量有机土、矿质土中微生物对碳素和大部分氮素转化速率的系统，该系统适用于土壤中硝化和反硝化反应总转化率的测定。因此可以作为有机废弃物发酵过程中的碳氮转化分析手段，能够反映发酵过程的物质变化过程。

本实施例以醋糟有机基质发酵过程为例来说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种废弃物堆置发酵腐熟度评价方法，包括如下步骤：

s1，样品采样与参数测定

醋糟有机基质发酵开始后每隔7天取样，采用环刀在发酵堆的两端、中部分别取样。同时利用土壤温湿度传感器(本实施例采用sme-300土壤三参数传感器)测定发酵堆的温度和含水量。将所采集的样品充分混合后，利用电子天平称重并计算样品容重。将所获得的样品的容重、含水量输入到baps土壤氮循环监测系统中，按照baps土壤氮循环监测系统的操作规程进行样品的分析，并记录每次分析的硝化速率、反硝化速率和呼吸速率。

s2，参数变化曲率计算

由各个采样阶段的温度、含水量、硝化速率、反硝化速率和呼吸速率数值，绘制各个参数的变化曲线，采用如下步骤确定每个参数曲线的变化曲率。

s2.1，设定计算参数步长l＝7d(其中d代表天)；

s2.2，从当前采样点分别向前、后遍历寻找与当前点的距离均为l的前后端点，确定支持领域；

s2.3，根据得到支持领域的获得前端点pi^f和支持领域后端点pi^b；

s2.4，根据支持领域[pi^b，pi^f]，确定每个参数曲线的变化曲率为：

式中si为离散曲率值的符号，可以表示为：

si＝sign[(xi-xi^b)(yi^f-yi^b)-(xi^f-xi^b)(yi-yi^b)]

di为pi^b、pi^f两点间的欧氏距离，且di＝||pi^bpi^f||；

(xi^b，yi^b)、(xi^f，yi^f)分别是pi^b和pi^f的坐标，(xi，yi)为参数曲线上任意点的坐标。

s3，基于多信息融合的综合评价

设xi(t)、xj(t)为各个参数曲线的变化曲率数值，i、j表示发酵堆温度、含水量、硝化速率、反硝化速率和呼吸速率的某一个参数，γij为t采样时间的参数i和参数j的支持度，具体为：

γij＝sup(xi(t)，xj(t))＝d(xi(t)，xj(t)，k，β)

其中支持度sup(xi(t)，xj(t))的计算公式为：

式中k和β为给定参数，且k∈[0，1]，β≥0。

所有参数的支持度矩阵为：

其中：参数个数n＝5。

参数i的总支持度t(xi(t))可以表示为：

则t采样时刻，所有参数融合后的腐熟度评价值x(t)为：

其中ωi为参数i的最优权重，通过各个指标之间的支持度计算获得，表示为：

ωi＝1+t(xi(t))

s4，将腐熟度评价值x(t)作为发酵腐熟度评价指标，当腐熟度大于设定的阈值时(根据具体的废弃物进行设定)，表明发酵结束。

以上依据本发明的技术方案详细描述了具体实施方式。根据本发明的技术方案在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，上文描述的具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。