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原文传递规模化奶牛场粪水处理全链条环节的粪水中总磷含量的快速预测方法

专利名称：	规模化奶牛场粪水处理全链条环节的粪水中总磷含量的快速预测方法
摘要：	本发明公开了一种规模化奶牛场粪水处理全过程的粪水样品中总磷含量的快速预测方法，本发明选取典型种养结合型规模化奶牛场，结合现场踏查、粪水和沼液采样测定、光谱采集和数学建模，针对各动态复合影响因素下的粪水处理全链条环节，采用近红外漫反射光谱，对全环节粪水总磷含量进行预测模型构建和快速检测，在实现满足现场情况条件下快速准确定量化预测的同时替代常规监测程序，为破解任意规模化奶牛场粪水还田难的问题提供有效技术方法，为推进奶业绿色转型发展提供技术支撑。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	农业农村部环境保护科研监测所
发明人：	赵润;王鹏;孙迪;杨仁杰;李梦婷;牟美瑞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910849471.2
公开号：	CN110426367A
代理机构：	天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	陈昌娟
分类号：	G01N21/359(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	300191 天津市南开区复康路31号
主权项：	1.一种规模化奶牛场粪水处理全链条环节的粪水中总磷含量的快速预测方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)从任意一个规模化奶牛场粪水流经的各设施中分别采集粪水样品，设所述的设施分别为S1，S2……Sn，从每个设施中采集的粪水样品分别为N1，N2……Nn，所述的设施从牛舍内和挤奶车间粪水收储设施开始，到粪水还田前的末级贮存设施为止，遍及收集池、集粪沟、集污池、分离池和氧化塘在内的所有设施； (2)利用近红外光谱仪分别采集步骤(1)所有粪水样品的近红外漫反射光谱得到，各设施粪水样品的近红外漫反射光谱矩阵X(S1，S2，S3，….Sn)； (3)通过标准测定方法，分别检测各设施内粪水样品的总磷含量，得到各样品的总磷含量矩阵YP； (4)对步骤(2)、(3)中的异常样品进行剔除；优化近红外漫反射光谱预处理方法，并选取优选波段； (5)利用优化后的参数建立规模化奶牛场粪水处理全链条环节粪水样品中总磷含量的定量分析模型：YP＝X(S1，S2，S3，….Sn)； (6)对上述规模化奶牛场粪水处理全链条环节中采集的未知粪水样品进行近红外漫反射光谱扫描，得到未知粪水样品的近红外漫反射光谱矩阵X’(S1，S2，S3，….Sn)，将该光谱矩阵代入步骤(5)中的定量分析模型，得到该规模化奶牛场未知粪水样品中的总磷含量预测值Y’N。 2.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(1)中，根据不同时间、温湿度、天气以及养殖方式、清粪方式、粪水处理工艺对粪水流经各个设施的粪水样品进行多次平行采集。 3.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述收集池为奶厅废水收储设施，所述集粪沟为牛舍粪水汇集点，所述集污池为奶牛场所有粪水交汇点，所述分离池为固液筛分后的粪水暂存设施，所述氧化塘为粪水还田前贮存用设施。 4.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(1)中，采集粪水样品的方法为用自制的1L不锈钢材质提桶或500mL水舀在各设施采样点垂直液面下10～20cm处随机采集3个位点的水样，并在样品混合水桶中用水舀充分搅匀后取大约400mL置于集水瓶中，将集水瓶放置在装有冰袋的样品保温箱中，送回实验室即时检测。 5.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述近红外光谱仪采用美国PerkinElmer公司的傅里叶变换近红外光谱仪，InGaAs检测器，扫描范围为4000～12000cm-1。 6.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述近红外漫反射光谱的测定方法为：将集水瓶中待测粪水样品充分摇匀后，用3mL一次性胶头滴管取集水瓶中部2～3mL样品装入样品杯中，并放置在积分球旋转样品台上，光谱扫描参数为：分辨率为8cm-1，扫描间隔为2cm-1，扫描次数64次。 7.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(3)中，检测粪水样品中总磷含量的仪器为可见光分光光度计。 8.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(4)中，对所述异常光谱进行剔除的方法为蒙特卡洛交叉验证方法；将剔除异常样本之后的样本集分为校正集和预测集，所述校正集样品用来建立定量分析模型的数学模型，所述预测集样本用来验证建立的数学模型的稳定性和准确性，选择所述校正集和预测集的方法为Kennard-Stone方法。 9.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述光谱预处理方法为归一化、多元散射校正、基线校正、变量标准化、SG平滑+归一化、SG平滑+基线校正方法中的一种或几种，优选的预处理方法为SG平滑+基线校正法。 10.根据权利要求1所述的快速预测方法，其特征在于：在步骤(4)中，近红外漫反射光谱的优选波段为4000～8000cm-1建立定量分析粪水中总磷的数学模型。
所属类别：	发明专利