本发明属于堆肥工程技术领域，具体涉及一种测定纤维素类物质堆肥工艺参数的装置及方法。
背景技术：
我国是农业大国，农作物资源总量总体呈不断增长趋势，至2015年我国主要农作物秸秆产量将达到9亿吨左右。农作物秸秆中含有一定量的碳、氮、磷、钾、钙、硅等多种元素，同时含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机物质。秸秆中含有可供动植物利用的大量的营养成分，如水稻秸秆中含氮量约为0.60％、含磷量约为0.09％，小麦秸秆含氮量约为0.50％、含磷量约为0.03％，大豆秸秆含氮量约为1.93％、含磷量约为0.03％，是具有综合利用价值的可再生生物资源。作物秸秆的不合适处置(比如露天焚烧)，不仅造成资源的浪费，而且容易导致环境问题。一味地强制禁止农民露天焚烧，而无配套的秸秆综合利用手段，显然是事倍功半，难以落实。通过堆肥技术将秸秆制成富含n、p、k和腐殖质的有机肥，具有经济和环境的双重效益。
然而，纤维素类物质存在难降解等缺点。作物秸秆的细胞壁由纤维素(9～80％)、半纤维素(10～50％)和木质素(5～35％)组成。木质素可阻碍微生物(细菌、真菌等)渗透，是细胞壁中最难以降解的部分。此外，木质素和半纤维素以共价键形式结合，将纤维素分子包埋在其中，形成一种天然屏障，使微生物和酶不易与纤维素分子接触，更增加了降解难度。针对不同的堆肥原料，其可降解组分的测定和工艺参数的选择，对有效地缩短堆肥时间及改善堆肥质量具有重要意义，也是堆肥工艺的重点和难点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种测定纤维素类物质堆肥工艺参数的装置及方法，测定堆肥物料中纤维类物质参数。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种测定纤维素类物质堆肥工艺参数的装置，包括模拟堆肥反应装置和计量装置；
所述计量装置为微量气体计量装置；
所述模拟堆肥反应装置包括反应容器、供氧装置和加热装置；
所述反应容器顶端密闭，密闭盖上设有压力控制器、氨气传感器、进气口和出气口，所述压力控制器与所述微量气体计量装置连接；
所述反应容器内设有二氧化碳吸收装置、堆肥罐、穿孔板和渗滤液接收装置；所述穿孔板设置于反应容器底部，上方放置堆肥罐，下方为渗滤液接收装置；渗滤液接收装置通过第一导管通入堆肥罐下端；所述堆肥罐顶部设有二氧化碳吸收装置；
所述供氧装置通过第二导管与所述微量气体计量装置连接，所述微量气体计量装置通过第三导管通入反应容器内；
所述加热装置用于加热。
进一步的，所述供氧装置为氧气钢瓶；所述氧气钢瓶的出气口处设置减压阀。
进一步的，所述加热装置为水浴锅，所述反应容器放置于水浴锅中。采用水浴加热可以提供均匀热源，为堆肥罐提供稳定的模拟堆肥温度。
进一步的，所述堆肥罐中的堆肥物料上方设有透气隔水板。采用透气隔水板可避免水分蒸发形成水蒸气，附着在反应容器内壁上。
进一步的，所述堆肥物料外层包裹钢丝网。采用钢丝网可固定堆肥物料，且钢丝热传导能力好，不会影响堆肥物料受热，其他类似的金属材质也适用。
进一步的，所述二氧化碳吸收装置中装有氢氧化钠溶液。
进一步的，所述微量气体计量装置和所述氧气钢瓶之间设有缓冲瓶，所述缓冲瓶内设长短两根导管，分别与所述氧气钢瓶和微量气体计量装置连接。
进一步的，所述反应容器内设有所述微型柔叶风扇。采用微型柔叶风扇可促使堆肥过程中产生的二氧化碳被二氧化碳吸收装置完全吸收。
本发明另一目的在于提供一种测定纤维素类物质堆肥工艺参数的方法，包括以下步骤：
1)将纤维素类堆肥物料和接种微生物混合均匀调节含水率w1，总质量为m，放入堆肥罐内设定加热装置的温度为模拟堆肥温度，开启加热装置；
3)打开进气口和出气口，用氧气向反应容器吹扫，排除反应器中的气体后，关掉进气口和出气口；
4)打开供氧装置向模拟堆肥反应器供氧；
5)通过微量气体计量单元，测定日耗氧量ox和总耗氧量to，计算出在当前工艺条件下，单位质量干基物料的某日耗氧量为ox/m(1-w1)，单位质量干基物料的总耗氧量为＝to/m(1-w1)；
6)堆肥周期为t天，堆肥过程结束后，通过二氧化碳吸收装置中的吸收液测定二氧化碳的总释放量tco2，单位质量干基物料的总二氧化碳释放量为tco2/m(1-w1)；
7)通过氨气传感器，测定模拟堆肥反应器的某日氨气浓度nx，计算出当前工艺条件下，单位质量干基物料的某日氨气累积产量为＝nx×v/m(1-w1)，堆肥过程结束后单位质量干基物料的氨气累积产量为＝nt×v/m(1-w1)，其中v为反应容器内部空间的实际体积；
8)待堆肥过程结束后，测定反应容器内气体中的含氮组分，包括氨气、氧化亚氮，折算n含量为ng，则单位质量干基物料的氮素挥发量为＝ng×v/m(1-w1)；
9)待堆肥过程结束后，测定渗滤液中氨氮、硝酸根和亚硝酸根的含量，折算n含量为nq，则该工艺条件下，单位质量干基物料氮淋溶损失量为＝nq×v0/m(1-w1)，其中v0为渗滤液体积；
10)通过测定堆肥后物料的含水率和渗滤液的体积，扣除物料的含水量，计算出堆肥过程中单位质量物料(干基)的h2o产生量为h1，并根据单位质量物料(干基)的总二氧化碳释放量tco2/m(1-w1)、总氨气产量为nt×v/m(1-w1)，以及氧气总消耗量to，计算出单位质量干基物料的氧元素产生量为o1；
11)以cahbncod为堆肥物料可降解组分的概化分子式，假设产物为co2、h2o和nh3，根据总二氧化碳释放量tco2/m(1-w1)、总氨气产量nt×v/m(1-w1)、h2o产生量h1，氧产生量o1，计算出a、b、c、d的比例关系，得到堆肥物料的可降解组分概化分子式cahbncod。
本发明通过模拟堆肥反应装置，设定现实中的堆肥环境，再通过二氧化碳吸收装置吸收的二氧化碳量、氨气传感器测定的氨气产量、微量气体计量装置的氧气消耗量和渗滤液装置吸收的反应产物得到堆肥物料的可降解组分含量，实现纤维素类物质堆肥工艺参数的测定。装置和方法使用方便，且测量准确。
附图说明
图1是本发明的智能供氧立式堆肥装置结构示意图；
图中：1是供氧装置，2是减压阀，3是缓冲瓶，4是计量装置，5是加热装置，6是反应容器，7是出气口，8是进气口，9是压力控制器，10是氨气传感器，11是微型柔叶风扇，12是二氧化碳吸收装置，13是透气隔水板，14是钢丝网，15是堆肥物料，16是堆肥罐，17是穿孔板，18是渗滤液接收装置，19是第一导管。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的测定纤维素类物质堆肥工艺参数的装置，包括模拟堆肥反应装置和计量装置；计量装置4为微量气体计量装置4；模拟堆肥反应装置包括反应容器6、供氧装置1和加热装置5；反应容器6顶端密闭，密闭盖上设有压力控制器9、氨气传感器10、进气口8和出气口7；进气口和出气口用于排空反应容器内气体，形成纯氧气反应空间；压力控制器9与微量气体计量装置4连接；反应容器6内设有二氧化碳吸收装置12、堆肥罐16、穿孔板17和渗滤液接收装置18；穿孔板17设置于反应容器6底部，穿孔板17上方放置堆肥罐16，穿孔板17下方设有渗滤液接收装置18，渗滤液接收装置18通过第一导管19通入堆肥罐16下端；所述堆肥罐16顶部设有二氧化碳吸收装置12；供氧装置1通过第二导管与所述微量气体计量装置4连接，微量气体计量装置4通过第三导管通入反应容器6内。
本实施例中供氧装置1采用氧气钢瓶1，氧气钢瓶的出气口处设有减压阀2。
加热装置5为水浴锅，反应容器6放置于水浴锅中。
堆肥罐16中的堆肥物料15上方设有透气隔水板13。堆肥物料15外层包裹钢丝网14，固定堆肥物料。
二氧化碳吸收装置12中装有氢氧化钠溶液，用于吸收反应容器6中的二氧化碳。
微量气体计量装置4和所述氧气钢瓶1之间设有缓冲瓶3，缓冲瓶3内设长短两根导管，分别与所述氧气钢瓶1和微量气体计量装置4连接。
反应容器内设有微型柔叶风扇，促使堆肥过程中产生的二氧化碳被二氧化碳吸收装置完全吸收。
实施例2
实施例2基于实施例1的装置，提供了一种具体的测定堆肥物料中的纤维素物质参数的方法，包括如下步骤：
1)将纤维素类堆肥物料和接种微生物混合均匀用钢丝网包裹，总质量为m，调节含水率(w1)，放入堆肥罐内；
2)设定水浴锅的温度，模拟堆肥的温度变化过程；
3)打开进气口8和出气口7，用氧气向反应容器6吹扫，排除反应器中的气体后，关掉进气口8和出气口7。
4)打开氧气钢瓶和分压阀，利用压力传感器9，使反应容器保持为1个大气压力，基于压力平衡，氧气钢瓶中的氧气不断流入模拟堆肥反应器6；
5)定期打开微型柔叶风扇11，每次时间为3～5分钟，使堆肥过程中产生的二氧化碳被二氧化碳吸收装置12完全吸收；
7)通过微量气体计量单元，测定日耗氧量(ox)和总耗氧量(to),计算出在该工艺条件下，单位质量物料(干基)的某日耗氧量为＝ox/m(1-w1)，单位质量物料(干基)的总耗氧量为＝to/m(1-w1)；
8)堆肥周期为t天，堆肥过程结束后，通过二氧化碳吸收液测定二氧化碳的总释放量tco2，单位质量物料(干基)的总二氧化碳释放量为＝tco2/m(1-w1)；
9)通过氨气传感器，测定模拟堆肥反应器的某日氨气含量nx，可计算出该工艺条件，单位质量物料(干基)的某日氨气累积产量为＝nx×v/m(1-w1)，堆肥过程结束后单位质量物料(干基)的氨气累积产量为＝nt×v/m(1-w1)，其中v为模拟堆肥反应器内部空间的实际体积；
10)待堆肥过程结束后，测定模拟堆肥反应器的气体中的含氮组分，包括氨气、氧化亚氮等，折算n含量为ng，则单位质量物料(干基)的氮素挥发量为＝ng×v/m(1-w1),其中v为模拟堆肥反应器内部空间的实际体积；
11)待堆肥过程结束后，测定渗滤液中氨氮、硝酸根和亚硝酸根的含量，折算n含量为nq，则该工艺条件下，单位质量物料(干基)的氮淋溶损失量为＝nq×v0/m(1-w1),其中v0为渗滤液体积；
12)通过测定堆肥后物料的含水率和渗滤液的体积，扣除物料的含水量，计算出堆肥过程中单位质量物料(干基)的h2o产生量为h1，并根据单位质量物料(干基)总二氧化碳释放量tco2/m(1-w1)、总氨气产量为nt×v/m(1-w1)，以及氧气总消耗量to，计算出单位质量物料(干基)的氧元素产生量为o1。
以cahbncod堆肥物料可降解组分的概化分子式，假设产物为co2、h2o和nh3，根据总二氧化碳释放量为tco2/m(1-w1)、总氨气产量为nt×v/m(1-w1)、h2o产生量为h1，氧产生量为o1，可计算出a、b、c、d的比例关系，进而得到堆肥物料的可降解组分概化分子式cahbncod。
本发明通过模拟堆肥反应装置，设定现实中的堆肥环境，再通过二氧化碳吸收装置吸收的二氧化碳量、氨气传感器测定的氨气产量、微量气体计量装置的氧气消耗量和渗滤液装置吸收的反应产物得到堆肥物料的可降解组分含量，根据所得堆肥物料的可降解组分含量，通过上述计算方法，测出堆肥工艺中纤维素类物质参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内作出的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。