[发明专利]厌氧共发酵原料生化甲烷势近红外光谱快速检测方法

说明书

本发明的厌氧共发酵原料生化甲烷势近红外光谱快速检测方法是利用近红外光谱进行生化甲烷势检测的方法，其采集植物秸秆和农家肥，按固定比例和随机比例混合后作为样品备用，利用近红外光谱对其扫描，并对其生化甲烷势进行测定后，对样品集划分及光谱数据预处理，再基于竞争自适应重加权采样算法联合遗传模拟退火算法进行生化甲烷势特征波长优选，得到回归模型并对其精精度进行评测，建立检测模型，对需要检测生化甲烷势的秸秆与畜禽粪便按比例混合对其进行近红外光谱扫描，既可完成厌氧共发酵原料生化甲烷势的快速检测。本发明的检测方法，速度快、精度高的特点，实现了秸秆粪便混合厌氧共发酵原料生化甲烷势的快速检测，有效解决了传统生化甲烷势测试方法耗时长、工作强度大的问题。

技术领域

本发明是利用近红外光谱进行生化甲烷势检测的方法，特别是涉及到一种厌氧共发酵原料生化甲烷势近红外光谱快速检测方法。

背景技术

随着社会的飞速发展，人类所面临的能源紧缺压力日益严峻；同时，农牧业的快速发展，产生大量农作物秸秆和畜禽粪便等有机废弃物，由此引发的环境污染问题日益突出。厌氧发酵产沼气作为一项清洁生物质能源技术，是实现农牧废弃物资源化利用、改善环境、解决能源问题的重要手段和发展方向。厌氧发酵原料的最大产甲烷潜力又称生化甲烷势，是评价原料是否适宜进行厌氧发酵生产沼气的关键参数。发酵原料生化甲烷势的测定是进行沼气工程给料、指导沼气装置设计、评估沼气工程运行状态、评价沼气生产经济可行性的重要依据。厌氧共发酵是解决单一原料厌氧发酵产沼气时因底物性质导致产甲烷效率和转化率偏低的有效途径，通过调节厌氧共发酵底物的不同配比，可以有效实现产甲烷条件的优化，在提高厌氧发酵效率的同时有效避免氨抑制和酸败现象的产生。在以秸秆和粪便为原料进行厌氧共发酵生产沼气时，为了优化原料配比，构建最佳产甲烷条件，需要对秸秆粪便混合发酵原料的生化甲烷势进行快速、准确测定。但传统生化甲烷势测试实验至少需要20天以上的时间，难以满足秸秆粪便混合发酵原料生化甲烷势快速测定的需求。

近红外光谱分析技术以其多组分同步快速检测的优势，在农产品及农牧业废弃物的定性分析和定量检测方面得到了广泛应用。近红外光谱基于-CH、-NH和-OH等含氢基团的倍频与组合频信息能够实现有机物中蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素、半纤维素、还原糖、总糖、总碳、总氮含量的快速检测，而上述有机物组成成分与其厌氧发酵产沼气能力直接相关。因此，相关学者开始研究应用近红外光谱进行城市固体废弃物、草本植物等有机原料厌氧发酵过程生化甲烷势的快速检测，以解决传统发酵实验测试生化甲烷势耗时过长的问题。但现有厌氧发酵原料生化甲烷势近红外光谱检测技术主要以直接采集的有机物为原料进行厌氧发酵最大产甲烷能力的快速检测，尚未见以秸秆和粪便混合物为原料进行厌氧共发酵生化甲烷势的快速检测；而且现有生化甲烷势近红外光谱检测技术没有考虑全谱建模计算量大、波长冗余严重、不相干和非线性冗余波长点对建模性能影响较大的问题，导致检测精度和效率有待进一步提高。

发明内容

本发明旨在于克服现有技术的不足，提供了一种厌氧共发酵原料生化甲烷势近红外光谱快速检测方法。

本发明的厌氧共发酵原料生化甲烷势近红外光谱快速检测方法，是通过下列步骤实现的：

(1)样品采集与制备

采集植物秸秆和农家肥，将其烘干、粉碎过40目筛后装密封袋备用；按秸秆粪便干物质按固定比例混合制备玉米秸秆和猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪混合物样品，制备水稻秸秆和猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪混合物样品；再按随机比例制备玉米秸秆与猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪混合物样品，按随机比例制备水稻秸秆与猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪混合物样品；

(2)近红外光谱采集