pH值與溫度智能控制系統(tǒng)在生物肥發(fā)酵中的應(yīng)用（可編輯）

1、ph值與溫度智能控制系統(tǒng)在生物肥發(fā)酵中的應(yīng)用 第 21 卷 第 8 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報 v o l. 21 n o. 81872005 年 8 月 t ransactions of the csa e a ug. 2005ph 值與溫度智能控制系統(tǒng)在生物肥發(fā)酵中的應(yīng)用1 1 1 1 1 2 2劉仲匯 , 馮 東 , 馮德榮 , 周萬里 , 畢春元 , 韓德強 , 徐英普1. 山東省科學(xué)院生物研究所生物傳感器重點實驗室, 濟南 250014; 2. 山東百奧生物有限公司, 山東平原 253100摘 要: 發(fā)展生物肥是實施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措。發(fā)酵是生物肥生產(chǎn)的關(guān)鍵工序。但目前絕大

2、部分企業(yè)仍使用簡單儀表檢測,人工操作, 波動大, 質(zhì)量不穩(wěn)定。為此山東省科學(xué)院生物研究所研制了 2 1 發(fā)酵在線 值與溫度智能控制系統(tǒng)。在山東百奧公司生sba p ph物肥發(fā)酵使用過程中, 通過該系統(tǒng)分析 ph 值的變化曲線, 研究發(fā)酵規(guī)律, 控制發(fā)酵周期, 及時處理異常發(fā)酵; 同時溫度實現(xiàn)自動控制, 為菌種的生長繁殖提供了穩(wěn)定適宜的生長環(huán)境, 提高了菌種的生長繁殖速度, 縮短了發(fā)酵周期。因此, 非常適合在生物肥生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 生物肥; 發(fā)酵; 智能控制; ph 值; 溫度中圖分類號: t p29 文獻標(biāo)識碼: a 文章編號: 100226819 2005 0820187203劉仲匯

3、, 馮 東, 馮德榮, 等. ph 值與溫度智能控制系統(tǒng)在生物肥發(fā)酵中的應(yīng)用j . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2005, 21 8 : 187- 189., , ,2 2l iu zhonghui feng dong feng d erong et al a pp lication of ph temperature intelligent contro l system fo r ferm entation of bio fertilizerj . t ransactions of the csa e, 2005, 21 8 : 187- 189. in ch inese w ith english

4、abstract1 該系統(tǒng)抓住溫度和 值這兩個對微生物生長繁殖至關(guān)ph0 引 言重要的環(huán)境因素進行自動控制, 既解決實際問題, 系統(tǒng)又不過于復(fù)雜, 可靠性高, 經(jīng)濟實用。生物肥是根據(jù)植物營養(yǎng)生理學(xué)和根際土壤微生態(tài)學(xué)原理,2 為了解決生物肥發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)條件差, 環(huán)境惡劣, 人員素以多功能微生物活性菌為核心, 以優(yōu)質(zhì)肥料型有機質(zhì)為載體, 采1 質(zhì)相對較低, 技術(shù)力量比較薄弱的現(xiàn)實, 采用金屬電極對發(fā)酵液用生物發(fā)酵工程技術(shù)加工而成的高含菌量的生物制劑 。生物的 值進行在線檢測。這種電極能夠耐受 130的高溫滅菌,ph菌施入土壤后很快繁殖, 形成菌群。這些菌群吞噬有害菌類, 分抗干擾能力強, 堅固耐用

5、, 易于維護, 非常適于工業(yè)發(fā)酵。解無機元素, 變成作物可吸收利用的有用成分, 起到解磷、解鉀、3 發(fā)酵是一個具有嚴(yán)重的非線性和滯后, 同時兼有生物、化固氮作用, 具有增進土壤肥力, 抑制病蟲害, 刺激和調(diào)控農(nóng)作物2 學(xué)、物理變化的復(fù)雜過程, 無法建立精確的數(shù)學(xué)模型, 因而不能生長, 增加產(chǎn)量, 改善品質(zhì), 保護生態(tài)環(huán)境等功效 。發(fā)展生物肥3- 5 采用普通的 p id 控制模式。故該系統(tǒng)采用仿人工智能控制策略,是改善環(huán)境, 實施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的先決條件 。國外對即在充分考慮非線性及大滯后、考慮現(xiàn)場環(huán)境的變化因素及操此非常重視, 據(jù)報道, 到 20 世紀(jì)末, 歐洲的生物肥使用已達到農(nóng)6,

6、7 作者經(jīng)驗的基礎(chǔ)上, 建立一套模糊控制模式, 從而保證發(fā)酵過程業(yè)用肥的 45% 60% , 美國則達到 60% 70% 。近年來, 國中 ph 值、溫度的平穩(wěn), 為生物菌的生長代謝提供穩(wěn)定適宜的生內(nèi)在生物肥的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用方面發(fā)展也非常迅速。 2002長環(huán)境。年, 國家科技部“863”計劃將“新型多功能肥料研究與開發(fā)”列為8- 10 4 利用該系統(tǒng)對 ph 值、溫度連續(xù)記錄及曲線顯示, 不但可一個研究項目 。以掌握發(fā)酵規(guī)律, 及時發(fā)現(xiàn)處理異常發(fā)酵, 還可以進一步研究改目前國內(nèi)大部分生物肥企業(yè)還剛剛起步, 設(shè)備簡陋, 經(jīng)營粗進發(fā)酵工藝; 同時通過計算機數(shù)據(jù)管理對生產(chǎn)調(diào)度具有非常重放。特別是

7、發(fā)酵工序問題較多。發(fā)酵是生物肥生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要的指導(dǎo)意義。在發(fā)酵過程中需嚴(yán)格控制溫度和 ph 值, 才能使生物菌正常繁殖1. 2 系統(tǒng)構(gòu)成生長。但目前絕大部分企業(yè)都是使用簡單儀表檢測, 人工控制,該系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器、發(fā)酵在線 ph - 溫度智能控制儀、檢測誤差大, 調(diào)控水平低, 人為干擾因素多, 造成生產(chǎn)率低, 質(zhì)量工業(yè)計算機等部分組成?？刂苾x采用高性能單片計算機做主控不穩(wěn)定。迫切需要引入先進的計算機信息管理及自動控制技術(shù)。制器, 對 值、溫度進行實時在線檢測及控制; 采用人工智能控ph為此, 山東省科學(xué)院生物研究所研制了 sba 2p1 發(fā)酵在線 ph 值制策略, 有效地克服工業(yè)發(fā)酵大

8、罐 ph 值、溫度變化的嚴(yán)重非線與溫度智能控制系統(tǒng)。性和滯后的影響。聯(lián)機的計算機監(jiān)控管理系統(tǒng), 完成對 值、溫ph山東百奧生物有限公司是專業(yè)生產(chǎn)生物菌肥的企業(yè)。原發(fā)度、發(fā)酵時間等數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲記錄、報表曲線查詢、歷史酵罐上安裝的是指針式溫度檢測儀表, ph 值檢測采用定時取樣數(shù)據(jù)瀏覽、報警監(jiān)視等功能。分析測定, 工藝參數(shù)全部采用人工調(diào)節(jié)。前述生物肥生產(chǎn)企業(yè)所存在的問題在該企業(yè)表現(xiàn)地比較突出。2003 年 10 月 sba 2p1 發(fā)2 應(yīng)用結(jié)果酵在線 ph - 溫度智能控制系統(tǒng)在該公司投入運行。經(jīng)過四個多該系統(tǒng)自 2003 年 10 月在山東百奧生物有限公司投入運行月的連續(xù)運行, 不但完

9、善和穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量, 還縮短了發(fā)酵周以來, 產(chǎn)生了明顯的效果。期, 產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益。1 利用該系統(tǒng)在線實時監(jiān)測 值的功能, 通過連續(xù)記錄ph1 溫度智能控制系統(tǒng)的特點及總體結(jié)構(gòu)ph 值的變化曲線, 可以了解生物菌生長繁殖的變化規(guī)律, 用于指導(dǎo)生產(chǎn)。1. 1 系統(tǒng)特點 通過分析 值的變化曲線, 控制發(fā)酵周期。以往該公司ph在生產(chǎn)上控制發(fā)酵終點一般采用取樣分析, 鏡檢觀察來確定。由收稿日期: 2004208217 修訂日期: 2005203228于顧及染菌及菌液損失等因素, 不可能頻繁取樣。因而發(fā)酵終點作者簡介: 劉仲匯 1957- , 女, 湖北洪湖人, 高級工程師, 從事發(fā)酵工業(yè)智能控制

10、研究。濟南市科院路 19 號 山東省科學(xué)院生物研究所 的控制比較粗略, 一般在 25 30 h 之間, 并且經(jīng)常出現(xiàn)生物菌老生物傳感器重點實驗室, 250014。 : 2605384.em ail sw s yahoo com 化的情況。安裝該系統(tǒng)后, 發(fā)現(xiàn)按以往經(jīng)驗結(jié)束發(fā)酵之前 ph 值cn 曲線出現(xiàn)一個由低到高的變化拐點, 這意味著生物菌已經(jīng)進入1995-2005 tsinghua tongfang optical disc co., ltd all rights reserved.188 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2005 年 衰減期, 不再消耗底物, 值開始上升, 此時生長已經(jīng)停止, 并 見表 1

11、。發(fā)酵周期的縮短, 提高了設(shè)備利用率, 節(jié)能降耗, 減少生ph且隨著時間推移開始死亡。因此應(yīng)該將發(fā)酵終點時間控制在變 產(chǎn)成本, 提高經(jīng)濟效益。在生產(chǎn)旺季會有更加顯著的效果?；拯c之前。通過鏡檢也證明, 在 值由低到高變化之前結(jié)束 表 1 發(fā)酵周期對照表ph發(fā)酵, 生物菌的數(shù)量及生長情況都大大優(yōu)于在變化拐點之后結(jié) t able 1 comparison of ferm entation cycle束發(fā)酵, 能夠達到最佳效果, 從而找到一種控制發(fā)酵終點簡便有1 號罐無自控 3 號罐無自控 4 號罐自控序號發(fā)酵周期 h 發(fā)酵周期 h 發(fā)酵周期 h效的方法。 根據(jù)記錄的 值變化曲線及發(fā)酵規(guī)律及時處理異

12、常發(fā) 1 26 34 25ph2 24. 5 29 24酵。在 2004 年 2 月 28 日進行的第 15 批發(fā)酵中, 發(fā)現(xiàn)接種后 ph3 24 24 23. 5值比正常情況偏高, 很快又發(fā)現(xiàn)這次 值的變化規(guī)律一反常ph4 26 25 26態(tài), 該升時降, 該降時反而升。通過分析查找原因, 發(fā)現(xiàn)是磷酸二5 26. 5 27 24氫鉀原料有假, 并及時采取補救措施, 才使發(fā)酵正常進行。正常6 37 26. 5 21. 5發(fā)酵 ph 值曲線見圖 1, 異常發(fā)酵 ph 值曲線見圖 2。7 25 27. 5 22 通過實時在線監(jiān)測發(fā)酵液的 值變化情況, 可以減少ph8 27 26. 5 22生產(chǎn)過程

13、中的取樣次數(shù), 這樣減少了染菌機會及菌液的損失, 還9 25. 5 25 21. 5減少了分析人員的工作量。10 25 24. 5 21. 511 25 25 21平均發(fā)酵周期 26. 5 26. 7 22. 93 結(jié) 論經(jīng)過工業(yè)現(xiàn)場實際運行證明, 2 1 發(fā)酵在線 - 溫度sba p ph智能控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠, 操作簡單, 使用方便; 特別是抓住了發(fā)酵生產(chǎn)中 值和溫度這兩個關(guān)鍵的環(huán)境因素進行控制, 系ph統(tǒng)不致過于復(fù)雜龐大, 投資小, 見效快, 實用性強, 非常適合在生圖 1 正常發(fā)酵 值曲線ph 物肥生產(chǎn)企業(yè)中推廣應(yīng)用。f ig. 1 ph values fo r no rm al f

14、erm entation參 考 文 獻 1 馮福海, 陳東升, 馮艷輝. 生物復(fù)合肥生產(chǎn)工藝與設(shè)備j . 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè) 2002, 3: 44- 45. 2 安樹義, 李廣中, 周育中, 等. 淺談生物肥的特點應(yīng)用技術(shù)及前景展望j . 農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展, 2001, 2: 43- 44. 3 王玉時, 李宏松, 胡茶根, 試論生物有機肥與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展j . 安徽農(nóng)學(xué)通報, 2003, 9 2 : 67- 68. 4 方 穎, 卞新民. 我國有機農(nóng)業(yè)健康發(fā)展的對策研究 . 環(huán)境導(dǎo)報,j2003, 2: 34- 35. 5 馬光庭. 生態(tài)有機肥與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展 . 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,j2004, 7

15、: 191- 193. 6 李 華, 王光龍, 陳萬仁. 生物肥料生產(chǎn)的工業(yè)性試驗 . 磷肥與復(fù)j圖 2 異常發(fā)酵 值曲線ph肥, 1999, 2: 20- 21.f ig. 2 ph values fo r abno rm al ferm entation 7 黃傳榮, 甘世凡, 張懷東. 國內(nèi)外生物復(fù)肥的研究現(xiàn)狀和進展j . 化肥工業(yè), 1999, 1: 32- 33.2 該系統(tǒng)對發(fā)酵過程的溫度實現(xiàn)智能控制, 為生物菌的生8 姜瑞波, 張曉霞, 吳勝軍. 生物有機肥及其應(yīng)用前景j . 磷肥與復(fù)長繁殖提供了穩(wěn)定適宜的生長環(huán)境, 大大提高了生物菌的生長肥, 2003, 7: 62- 63.繁殖速度, 從而縮短了發(fā)酵周期。 9 楊朝新. 羅 穎. 趙書軍. 有機生物肥的特性及施用效果j . 湖北農(nóng)通過對 2003 年 11 月至 2004 年 3 月期間采用溫度自動控制業(yè)科學(xué), 2001, 2: 38