基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法.pdf

本发明涉及发酵技术领域，具体的说是一种基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法，腐殖质类物质包括胡敏酸HA，富里酸FA和胡敏素HM，其特征在于，在高温好氧发酵过程中先后依次多点采样，通过测定样品中胡敏酸HA及富里酸FA的光谱特征变化，判断发酵腐熟度和发酵质量，凝胶色谱分析方法；本发明关于发酵腐熟度的判定方法，利用凝胶色谱分析手段对好氧发酵过程中胡敏酸及富里酸含量进行分析，从腐殖质的量变角度可准确判断好氧发酵腐殖化过程及腐熟度，为后续资源化利用提供数据支持。

1.  一种基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法，腐殖质类物质包括胡敏酸HA，富里酸FA和胡敏素HM，其特征在于，在高温好氧发酵过程中先后依次多点采样，通过测定每组样品中胡敏酸HA及富里酸FA的光谱特征变化，判断发酵腐熟度和发酵质量，包括以下步骤：
(1)提取胡敏酸HA及富里酸FA，每组样品中称取一定量风干样品，按照固液比W/V，以干重计1:20，用0.1mol/LNa₄P₂O₇+0.1mol/LNaOH于40℃水浴浸提24h，于4000r/min下离心20min，上清液0.45μm滤膜过滤，得到腐殖酸提取液，取一定量腐殖酸提取液，用6mol/LHCl调制至pH1.0-2.0，置于60℃水浴中4h，使溶液中胡敏酸与富里酸充分分离，于4000r/min下离心20min得到胡敏酸HA沉淀，过滤沉淀获得胡敏酸HA提取物以及富里酸FA提取液，把胡敏酸HA提取物用0.1mol/L HCl+0.3mol/L HF的混合液脱盐纯化，将纯化后的胡敏酸HA提取物于80℃干燥至恒重，密封保存；
(2)凝胶色谱分析方法，装填葡聚糖凝胶，总体积303ml，装填高度67cm，内径25mm，的玻璃柱作为色谱柱，分别取1.0ml HA提取液和1.0ml FA提取液缓慢加入凝胶表层,用pH＝6.8的超纯水作为洗脱液，用蠕动泵控制流速为1.0ml/min，自动收集器每5ml收集样品一次，用1.0ml 2％葡聚糖溶液测得空隙体积为100ml，收集的样品洗脱液测定280nm的吸光度，并根据洗脱液体积和对应的吸光度绘制出洗脱曲线，根据所述洗脱曲线判定发酵腐熟度。

2.  如权利要求1所述的一种基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法，其特征在于，高温好氧发酵过程中先后依次多点采样的步骤如下：
(1)高温好氧发酵前将原脱水污泥、辅料及腐熟肥料进行一定配比，混合后通过物料衡算，混合物料初始含水率为55-62％，其中回料含水率约50％-55％，C/N为20:1-30:1；
(2)将混合物料堆体维持55℃以上高温6d左右，进行第一次发酵，第一次发酵为12d，发酵过程中,分别于第0d、3d、9d、12d进行多点采样，每次采样量约2kg；
(3)将第一次发酵结束后的混合物料堆体转移至膜覆盖高温好氧发酵装置中进行第二次 发酵，第二次发酵需12d，发酵过程中，分别于15d和24d多点采样，每次采样量约2kg；
(4)采样获得的样品在40℃低温烘干，粉碎作为干样，测定时充分研磨，过孔径为0.16mm的筛后，进行分析测定。

3.  如权利要求2所述的一种基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法，其特征在于，所述原料采用污水厂新鲜脱水污泥，辅料采用秸秆，回料取现状污泥处理场同批次陈化料。

4.  如权利要求1所述的一种基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法，其特征在于，堆置24d以后的污泥堆肥其FA洗脱曲线的峰面积低于堆置初始0d污泥堆肥洗脱曲线的峰面积，曲线上有两个明显的吸收峰:V＝100ml和V＝300ml，经过好氧发酵以后，FA中大分子物质的含量下降，堆制24d后FA中大分子物质的含量降低了30％；而小分子量物质的含量在堆制前后没有明显的变化，同时，FA中小分子物质的比大分子物质的含量多,前者浓度约是后者浓度的3倍左右。

5.  如权利要求1所述的一种基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法，其特征在于，发酵24d以后的污泥堆肥，其HA洗脱曲线的峰面积远远大于初始0d污泥堆肥洗脱曲线的峰面积，这说明污泥经好氧发酵后，HA的含量大大提高，HA只有一个吸收峰V＝100ml，而且发酵24d的HA其吸收峰的峰值大约是0d的1.8倍。

基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法
[技术领域]
本发明涉及发酵技术领域，具体的说是一种基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法。
[背景技术]
膜覆盖高温好氧发酵过程实质是有机质的矿化和腐殖化过程，最终形成大量稳定的腐殖质类物质，主要包括胡敏酸(HA)，富里酸(FA)和胡敏素(HM)。胡敏酸是腐殖质中最重要的活跃组分，其理化性质变化对于判断发酵腐熟度和发酵质量有着重要作用。随着好氧发酵的进行，小分子富里酸逐渐被矿化或转化，含量大幅下降，大分子胡敏酸大幅增加，成为腐殖酸的主要成分，关注HA的变话更有意义。随波谱技术的发展，其已经被广泛应用于土壤腐殖酸的分析，借鉴这些方法能够有效的从物质结构角度了解好氧发酵腐殖化程度。
[发明内容]
本方法通过观察胡敏酸光谱特征变化，分析污泥膜覆盖高温好氧发酵过程中胡敏酸及富里酸光谱特征变化与腐熟度的关系，最终确定其可以作为判定污泥发酵腐熟度的方法。
为实现上述目的，设计一种基于腐殖质含量的发酵腐熟度判定法，腐殖质类物质包括胡敏酸HA，富里酸FA和胡敏素HM，其特征在于，在高温好氧发酵过程中先后依次多点采样，通过测定样品中胡敏酸HA及富里酸FA光谱特征变化，判断发酵腐熟度和发酵质量，包括以下步骤：
(1)提取胡敏酸HA及富里酸FA，每组样品中称取一定量风干样品，按照固液比W/V，以干重计1:20，用0.1mol/LNa₄P₂O₇+0.1mol/LNaOH于40℃水浴浸提24h，于4000r/min下离心20min，上清液0.45μm滤膜过滤，得到腐殖酸提取液，取一定量腐殖酸提取液，用6mol/LHCl 调制至pH1.0-2.0，置于60℃水浴中4h，使溶液中胡敏酸与富里酸充分分离，于4000r/min下离心20min得到胡敏酸HA沉淀，过滤沉淀获得胡敏酸HA提取物以及富里酸FA提取液，把胡敏酸HA提取物用0.1mol/L HCl+0.3mol/L HF的混合液脱盐纯化，将纯化后的胡敏酸HA提取物于80℃干燥至恒重，密封保存；
(2)凝胶色谱分析方法，装填葡聚糖凝胶，总体积303ml，装填高度67cm，内径25mm，的玻璃柱作为色谱柱，分别取1.0ml HA提取液和1.0ml FA提取液缓慢加入凝胶表层,用pH＝6.8的超纯水作为洗脱液，用蠕动泵控制流速为1.0ml/min，自动收集器每5ml收集样品一次，用1.0ml 2％葡聚糖溶液测得空隙体积为100ml，收集的样品洗脱液测定280nm的吸光度，并根据洗脱液体积和对应的吸光度绘制出洗脱曲线，根据所述洗脱曲线判定发酵腐熟度。
上述高温好氧发酵过程中先后依次多点采样的步骤如下：
(1)高温好氧发酵前将原脱水污泥、辅料及腐熟肥料进行一定配比，混合后通过物料衡算，混合物料初始含水率为55-62％，其中回料含水率约50％-55％，C/N为20:1-30:1；
(2)将混合物料堆体维持55℃以上高温6d左右，进行第一次发酵，第一次发酵为12d，发酵过程中,分别于第0d、3d、9d、12d进行多点采样，每次采样量约2kg；
(3)将第一次发酵结束后的混合物料堆体转移至膜覆盖高温好氧发酵装置中进行第二次发酵，第二次发酵需12d，发酵过程中，分别于15d和24d多点采样，每次采样量约2kg；
(4)采样获得的样品在40℃低温烘干，粉碎作为干样，测定时充分研磨，过孔径为0.16mm的筛后，进行分析测定。
所述的高温好氧发酵装置由传感器安装孔、功能膜固定装置、箱体、功能膜、水封井装置、水泵、供氧风机、调节阀、曝气管路、曝气槽、电器柜组成，所述箱体的外层设有功能 膜固定装置，所述功能膜固定装置上固定有功能膜，所述箱体底部一端设有水泵，依次通过水封井装置伸至箱体内部，所述箱体底部另一端设有供氧风机，供氧风机依次通过曝气管路、曝气槽伸至箱体内部，所述箱体内部设有传感器安装孔，内设有传感器，所述供氧风机、水泵、传感器均由电器柜控制连接。
本发明关于发酵腐熟度的判定方法，利用凝胶色谱分析手段对好氧发酵过程中胡敏酸及富里酸含量进行分析，从腐殖质的量变角度可准确判断好氧发酵腐殖化过程及腐熟度，为后续资源化利用提供数据支持。
[附图说明]
图1-1为污泥膜覆盖高温好氧发酵装置结构示意图
图1-2为污泥膜覆盖高温好氧发酵装置结构示意图
图2-1污泥膜覆盖高温好氧发酵中HA的G-75凝胶洗脱曲线
图2-2污泥膜覆盖高温好氧发酵中FA的G-75凝胶洗脱曲线
图2-3-1污泥膜覆盖高温好氧发酵中温度曲线图
图2-3-2污泥膜覆盖高温好氧发酵中温度曲线图
图2-4污泥膜覆盖高温好氧发酵中种子发芽指数曲线图
1.传感器安装孔 2.功能膜固定装置 3.箱体 4.功能膜 5.水封井装置 6.水泵 7.供氧风机 8.调节阀 9.曝气管路 10.曝气槽 11.电器柜。
[具体实施方式]
现结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。
实施例
A，原料
污泥膜覆盖高温好氧发酵原料，原料：采用南桥污水厂新鲜脱水污泥，辅料：采用秸秆，回料：取现状污泥处理场同批次陈化料，其中回料含水率约50-55％。具体参数如下表所示：