本發(fā)明涉及一種堆肥腐殖酸變化表征方法。

背景技術(shù)：

以堆肥的方式處理有機(jī)廢棄物，可將廢棄物中不穩(wěn)定的物質(zhì)經(jīng)微生物的作用形成具有性質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)農(nóng)作物無害化的堆肥產(chǎn)品，使廢棄物實(shí)現(xiàn)資源化。然而，在堆肥過程中細(xì)菌主要利用堆肥物料中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖酸類物質(zhì)，因此，對(duì)堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)的命運(yùn)的表征就顯得十分重要。

由于堆肥過程中物質(zhì)的變化較為復(fù)雜，同時(shí)堆肥物料中腐殖酸類物質(zhì)的組成也不均一。因此，對(duì)堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)演變的表征具有一定難度。目前，表征堆肥物料中腐殖酸的動(dòng)力學(xué)較為先進(jìn)的方法為eem-parafac分析方法，可將堆肥中腐殖酸劃分為幾個(gè)組分，通過比較各組分的百分比變化來表征組分在堆肥過程中的變化情況；但該方法缺點(diǎn)在于，eem-parafac分析出的腐殖酸組分大多含有兩個(gè)熒光峰，因此僅憑借各組分百分比變化并未能在細(xì)節(jié)上表征腐殖酸真實(shí)的變化情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為表征堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)演變表征提供了一種新的更加準(zhǔn)確的方法，該方法結(jié)合著eem-parafac分析，使得表征更加準(zhǔn)確，同時(shí)可以精確到每個(gè)熒光物質(zhì)。

本發(fā)明一種基于eem-parafac/2dcos的堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)演變表征方法按以下步驟進(jìn)行：

一、分別在不同時(shí)期獲取堆肥含有腐殖酸類物質(zhì)的水溶液，得到溶解性有機(jī)物水溶液；

二、加水調(diào)節(jié)溶解性有機(jī)物水溶液至水溶液中doc濃度統(tǒng)一，再進(jìn)行三維熒光光譜掃描，并導(dǎo)出數(shù)據(jù)；

三、將堆肥中溶解性有機(jī)物(dom)的三維熒光光譜數(shù)據(jù)粘貼于domfluor工具包中的fl.csv文件，進(jìn)行parafac分析確定腐殖酸熒光組分，并提取各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)；

四、對(duì)不同時(shí)期各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)進(jìn)行2dcos分析，輸出同步與異步結(jié)果圖譜；

五、解析2dcos結(jié)果圖譜，并結(jié)合parafac熒光組分的相對(duì)含量變化，可分析出腐殖酸類物質(zhì)的具體變化情況及關(guān)系，即可得出獲知堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)演變過程。

本發(fā)明方法評(píng)價(jià)結(jié)果精準(zhǔn)，且可精細(xì)到每個(gè)熒光峰的變化情況以及各熒光峰在堆肥過程中演變情況，而且所需樣品量少，操作更是容易簡單、用時(shí)少。本發(fā)明利用三維熒光光譜結(jié)合平行因子分析輸出各腐殖酸熒光組分的exloadings數(shù)據(jù)，再采用二維相關(guān)光譜表征堆肥過程腐殖酸類物質(zhì)各組分的演變情況，能夠清楚的測(cè)定出不同有機(jī)廢棄物堆肥過程中各種腐殖酸類物質(zhì)的演變情況。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1eem-parafac分析輸出的各時(shí)期腐殖酸類物質(zhì)熒光組分的exloadings結(jié)果圖。

圖2是實(shí)施例1中堆肥腐殖酸類物質(zhì)各時(shí)期熒光組分的exloadings數(shù)據(jù)的二維相關(guān)光譜分析結(jié)果。

圖3是實(shí)施例1中堆肥腐殖酸類物質(zhì)各時(shí)期各熒光組分的exloadings數(shù)據(jù)之間的異質(zhì)二維相關(guān)光譜分析結(jié)果。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式測(cè)定堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)演變過程的方法按以下步驟進(jìn)行：

一、分別在不同時(shí)期獲取堆肥含有腐殖酸類物質(zhì)的水溶液，得到溶解性有機(jī)物水溶液；

二、加水調(diào)節(jié)溶解性有機(jī)物水溶液至水溶液中doc濃度統(tǒng)一，再進(jìn)行三維熒光光譜掃描，并導(dǎo)出數(shù)據(jù)；

三、將堆肥中溶解性有機(jī)物(dom)的三維熒光光譜數(shù)據(jù)粘貼于domfluor工具包中的fl.csv文件，進(jìn)行parafac分析確定腐殖酸熒光組分，并提取各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)；

四、對(duì)不同時(shí)期各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)進(jìn)行2dcos分析，輸出同步與異步結(jié)果圖譜；

五、解析2dcos結(jié)果圖譜，并結(jié)合parafac熒光組分的相對(duì)含量變化，可分析出腐殖酸類物質(zhì)的具體變化情況及關(guān)系，即可得出獲知堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)演變過程；

其中，步驟五中解析2dcos圖譜的規(guī)則依據(jù)為：

1)同步二維相關(guān)光譜結(jié)合parafac熒光組分的相對(duì)含量變化進(jìn)行分析，a、若parafac熒光組分的相對(duì)含量上升，且二維相關(guān)光譜中parafac熒光組分的中各熒光峰的交叉峰呈現(xiàn)正值，表明該熒光組分中各熒光峰均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；b、若parafac熒光組分的相對(duì)含量上升，且二維相關(guān)光譜中parafac熒光組分的中各熒光峰的交叉峰呈現(xiàn)負(fù)值，表明該熒光組分中各熒光峰均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；

2)異步二維相關(guān)光譜中，若交叉峰與同步二維相關(guān)光譜相同時(shí)，則表明該熒光組分中橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的熒光峰的變化要先于縱坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的熒光峰(視主對(duì)角線左上方的交叉峰而言)，否則橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的熒光峰的變化后于縱坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的熒光峰；

3)二維異質(zhì)相關(guān)光譜的同步相關(guān)光譜中交叉峰若為正峰，則表明該交叉峰的處兩個(gè)物質(zhì)來源相同；若交叉峰為負(fù)值，則表明該交叉峰處的兩個(gè)物質(zhì)來源不同；

4)二維異質(zhì)相關(guān)光譜的異步相關(guān)光譜中交叉峰若為正峰，則表明該交叉峰對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)所代表的物質(zhì)在物質(zhì)變化過程中要先于該交叉峰縱坐標(biāo)所代表的物質(zhì)；若交叉峰為負(fù)值，則表明該交叉峰對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)所代表的物質(zhì)在變化過程中要后于該交叉峰縱坐標(biāo)所代表的物質(zhì)。

eem-parafac分析輸出的堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)熒光組分的exloadings結(jié)果因其各平行因子組分中多數(shù)存在兩個(gè)熒光峰，所以憑借eem-parafac分析輸出的堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)各熒光組分的變化情況僅能反映出各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分整體變化情況，不足以在細(xì)節(jié)上表征其變化情況，無法反映實(shí)際腐殖酸類物質(zhì)的演變過程。本實(shí)施方式方法利用2dcos結(jié)合eem-parafac分析輸出的熒光組分，對(duì)腐殖酸各熒光組分的演變過程進(jìn)行分析，可得到更多的dom的演變細(xì)節(jié)。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟二中將溶解性有機(jī)物水溶液的doc濃度統(tǒng)一調(diào)至10mg/l。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二的不同點(diǎn)是：步驟二中三維熒光光譜的掃描速度為1200nm/min，狹縫寬度設(shè)置為5nm。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一的不同點(diǎn)是：步驟三中parafac分析的domfluor工具包在matlabr2013a軟件中執(zhí)行。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一的不同點(diǎn)是：步驟四中將同一堆肥時(shí)間各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)分別粘貼入各自的excel中并按時(shí)間順序排列，再保存為.csv文件。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一的不同點(diǎn)是：步驟四中2dcos分析在2dshige1.3軟件中執(zhí)行。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至五之一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一的不同點(diǎn)是：步驟四中2dcos分析第一步執(zhí)行各腐殖酸熒光組分自身的同步二維相關(guān)光譜和異步二維相關(guān)光譜。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至六之一相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七的不同點(diǎn)是：步驟四中2dcos分析第二步執(zhí)行各熒光組分之間的異質(zhì)同步二維相關(guān)光譜和異質(zhì)異步二維相關(guān)光譜。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式七相同。

實(shí)施例1

對(duì)采自上海松江固廢綜合處理廠堆肥進(jìn)行堆肥腐熟過程中的腐殖酸類物質(zhì)演變進(jìn)行測(cè)定。

一、分別在不同時(shí)期獲取堆肥含有腐殖酸類物質(zhì)的水溶液，得到溶解性有機(jī)物水溶液；

二、加水調(diào)節(jié)溶解性有機(jī)物水溶液至水溶液中doc濃度統(tǒng)一調(diào)至10mg/l，再進(jìn)行三維熒光光譜掃描，三維熒光光譜的掃描速度為1200nm/min，狹縫寬度設(shè)置為5nm；并導(dǎo)出數(shù)據(jù)；

三、將堆肥中溶解性有機(jī)物(dom)的三維熒光光譜數(shù)據(jù)粘貼于domfluor工具包中的fl.csv文件，進(jìn)行parafac分析在matlabr2013a軟件中執(zhí)行，確定腐殖酸熒光組分，并提取各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)；

四、對(duì)不同時(shí)期各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)進(jìn)行2dcos分析，將同一堆肥時(shí)間各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)分別粘貼入各自的excel中并按時(shí)間順序排列，再保存為.csv文件；用2dshige1.3軟件進(jìn)行2dcos分析，第一步執(zhí)行各腐殖酸熒光組分自身的同步二維相關(guān)光譜和異步二維相關(guān)光譜；第二步執(zhí)行各熒光組分之間的異質(zhì)同步二維相關(guān)光譜和異質(zhì)異步二維相關(guān)光譜；并輸出同步與異步結(jié)果圖譜；

五、解析2dcos結(jié)果圖譜，并結(jié)合parafac熒光組分的相對(duì)含量變化，可分析出腐殖酸類物質(zhì)的具體變化情況及關(guān)系，即可得出獲知堆肥過程中腐殖酸類物質(zhì)演變過程。

本實(shí)施例eem-parafac分析輸出的各時(shí)期腐殖酸類物質(zhì)熒光組分的exloadings結(jié)果如圖1所示。

從eem-parafac分析輸出結(jié)果可以看出，在堆肥過程中1-28d腐殖酸類物質(zhì)分為四個(gè)熒光組分，其熒光組分分別為componentc1-4。在堆肥35d以后dom分為四個(gè)熒光組分，其熒光組分分別為componentc2-5。從圖1中可以看出，各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分均含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的熒光峰。各熒光組分中熒光峰對(duì)應(yīng)峰位置以及各熒光峰的命名見表1。各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分二維相關(guān)光譜結(jié)果如表2所示。

表1

表2

2dcos分析

提取不同時(shí)期各腐殖酸類物質(zhì)(dom)熒光組分exloadings數(shù)據(jù)進(jìn)行2dcos分析。

2dcos圖譜解析方法如下：

1)同步二維相關(guān)光譜結(jié)合parafac熒光組分的相對(duì)含量變化進(jìn)行分析，a、若parafac熒光組分的相對(duì)含量上升，且二維相關(guān)光譜中parafac熒光組分的中各熒光峰的交叉峰呈現(xiàn)正值，表明該熒光組分中各熒光峰均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；b、若parafac熒光組分的相對(duì)含量上升，且二維相關(guān)光譜中parafac熒光組分的中各熒光峰的交叉峰呈現(xiàn)負(fù)值，表明該熒光組分中各熒光峰均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；

2)異步二維相關(guān)光譜中，若交叉峰與同步二維相關(guān)光譜相同時(shí)，則表明該熒光組分中橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的熒光峰的變化要先于縱坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的熒光峰(視主對(duì)角線左上方的交叉峰而言)，否則橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的熒光峰的變化后于縱坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的熒光峰；

3)二維異質(zhì)相關(guān)光譜的同步相關(guān)光譜中交叉峰若為正峰，則表明該交叉峰的處兩個(gè)物質(zhì)來源相同；若交叉峰為負(fù)值，則表明該交叉峰處的兩個(gè)物質(zhì)來源不同；

4)二維異質(zhì)相關(guān)光譜的異步相關(guān)光譜中交叉峰若為正峰，則表明該交叉峰對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)所代表的物質(zhì)在物質(zhì)變化過程中要先于該交叉峰縱坐標(biāo)所代表的物質(zhì)；若交叉峰為負(fù)值，則表明該交叉峰對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)所代表的物質(zhì)在變化過程中要后于該交叉峰縱坐標(biāo)所代表的物質(zhì)。

通過對(duì)二維相關(guān)光譜以及二維異質(zhì)相關(guān)光譜進(jìn)行讀譜結(jié)合paraafc組分相對(duì)含量變化分析，本實(shí)施例得出各腐殖酸類物質(zhì)熒光組分在此堆肥過程中的變化情況為:平行因子組分c1的相對(duì)含量在堆肥過程中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其組分中熒光峰b1和b2也均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。平行因子組分c2的相對(duì)含量在堆肥過程中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其組分中熒光峰t1和t2在堆肥過程中的變化呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，熒光峰t1下降，熒光峰t2上升。平行因子組分c3的相對(duì)含量在堆肥過程中呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但其組分中熒光峰a1在堆肥過程中變化不明顯，熒光峰m1和m2在堆肥過程中的變化呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，熒光峰m1下降熒光峰m2上升。平行因子組分c4的相對(duì)含量在堆肥過程中呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其組分中熒光峰a2和c在堆肥過程中的變化呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，熒光峰a2下降，熒光峰c上升。平行因子組分c5的相對(duì)含量在堆肥過程中呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其組分中熒光峰l1在堆肥過程前期中逐漸形成，后又有所分解，其降解產(chǎn)生的碎片幫助平行因子熒光峰c形成，平行因子組分c5中熒光峰l2在堆肥過程中上升。熒光組分c1的b1峰在堆肥過程中被降解，其產(chǎn)生的碎片幫助平行因子熒光峰t2、m2、c、l2形成；熒光組分c1的b2峰在堆肥過程中被降解，其產(chǎn)生的碎片幫助平行因子熒光峰m2、c、l2形成；熒光組分c2的t1峰在堆肥過程中被降解，其降解產(chǎn)生的碎片幫助平行因子熒光峰m2、c、l1形成；熒光組分c3的m1峰在堆肥過程中被降解，其降解產(chǎn)生的碎片幫助平行因子熒光峰t2、l1形成；熒光組分c4的a2峰在堆肥過程中被降解，其降解產(chǎn)生的碎片幫助平行因子熒光峰t2、l2形成；熒光組分c5的l1峰在堆肥過程前期中逐漸形成，后又有所分解，其降解產(chǎn)生的碎片幫助平行因子熒光峰c形成。在堆肥過程中，被降解的熒光峰的降解順序?yàn)椋簃1→b2→b1→a2→t1→l1；被積累形成的熒光峰的形成順序?yàn)椋簃2→c→t2→l2。明確了堆肥過程中各腐殖酸類物質(zhì)的演變過程。