牛糞便好氧發(fā)酵堆肥工藝綜合控制解決方案

1、養(yǎng)殖場(chǎng)好氧發(fā)酵堆肥綜合解決方案北京瑞陽(yáng)恒興科技有限公司2015年 12月目錄1. 前言 32. 污染性固體廢棄物好氧發(fā)酵堆肥工藝介紹及設(shè)計(jì)需求 33. 項(xiàng)目分析 44. 方案設(shè)計(jì) 54.1 工藝組成 54.2 系統(tǒng)組成 55. 控制系統(tǒng)的組成 65.1 系統(tǒng)的整體原理 65.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)概述 65.3 控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 65.4 通訊協(xié)議的可靠性 75.5 系統(tǒng)的原理圖 75.6 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的控制策略及功能的描述 75.6.1. 核心控制器的組成 75.6.2. 核心控制策略 85.6.3. 系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)分布（單槽） 145.6.4. 系統(tǒng)的硬件組成（單槽） 145.7 系統(tǒng)涉及的上

2、位部分 145.7.1. 上位系統(tǒng)的組成 145.7.2. 上位軟件的特點(diǎn) 155.7.3. 上位實(shí)現(xiàn)的功能 165.7.4. 上位系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)配置（推薦） 165.7.5. 調(diào)度室中的臭氣排放系統(tǒng) 175.8 系統(tǒng)涉及的儀表組成 175.8.1. 測(cè)溫儀表 175.8.2. 氧濃度檢測(cè)儀表 196. 發(fā)酵槽及曝氣通風(fēng)方案設(shè)計(jì) 206.1 發(fā)酵槽設(shè)計(jì) 206.2 通風(fēng)曝氣系統(tǒng)示意圖 201. 前言隨著我國(guó)畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展規(guī)模的逐年擴(kuò)大，養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的牲畜糞便及污物也不斷增加，牲畜糞便及污物做為養(yǎng)殖及深加工過程中的伴生物，具有含水率高、易腐爛、 有惡臭、 含有重雜質(zhì)和大量寄生蟲卵及病原微生物等特性。如

3、果不加以處理， 它造成的污染土地、孳生蚊蠅、傳播疾病等種種環(huán)境問題將日益顯現(xiàn)出來。養(yǎng)殖場(chǎng)沒有污物穩(wěn)定化和無害化處理設(shè)施是普遍情況，顯然無法對(duì)污染性固體廢棄物進(jìn)行穩(wěn)定和消毒處理。大量生產(chǎn)污染性固體廢棄物直接外運(yùn)填埋或堆放，不僅不符合國(guó)家頒布實(shí)施的城鎮(zhèn)污水處理廠污染性固體廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）的要求，而且占用大量土地，導(dǎo)致產(chǎn)生臭氣、蚊蠅、滲濾液等， 并嚴(yán)重污染周圍環(huán)境和地下水。因此， 在環(huán)境污染治理的同時(shí)迫切需要解決污染性固體廢棄物帶來的問題。特別要說明的是有些養(yǎng)殖場(chǎng)將生產(chǎn)污染性固體廢棄物外運(yùn)直接作肥料使用，這樣做實(shí)際上是有害的。因?yàn)椋?污染性固體廢棄物在脫水前加入了一定量的聚

4、丙烯酰胺等高分子絮凝劑，是便于污染性固體廢棄物濃縮脫水。 但是污染性固體廢棄物的凝聚過程形成了污染性固體廢棄物直接作肥料的不溶解缺陷，也就是污染性固體廢棄物難軟化，污染性固體廢棄物施用多了或久了可能使土地硬化板結(jié)或沙化。同時(shí)， 未經(jīng)處理的污染性固體廢棄物直接施入農(nóng)田， 污染性固體廢棄物中的重金屬（尤其是重金屬超標(biāo)的污染性固體廢棄物）、寄生蟲卵和病原微生物，都有潛在的毒害危險(xiǎn)，可能導(dǎo)致農(nóng)作物和土壤嚴(yán)重污染和毒害，甚至影響人類的健康。2. 污染性固體廢棄物好氧發(fā)酵堆肥工藝介紹及設(shè)計(jì)需求污染性固體廢棄物是在各類廢水處理過程中產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)以及從污水表面撇出的殘?jiān)裙腆w物質(zhì)，其中通常含有較大量的剩余活

5、性污染性固體廢棄物。目前， 國(guó)內(nèi)外較常見的污染性固體廢棄物處理與處置方法有土地利用、填埋、 焚燒和投海，后三種方法因環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)壓力而日益減少或受到禁止，土地利用則逐漸受到重視。但是污染性固體廢棄物中往往含有害成分，因此在土地利用之前， 必須對(duì)污染性固體廢棄物進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化和減容化處理，如好氧與厭氧消化、 堆肥化等，其中堆肥化處理是較多采用的一種方法。堆肥化是利用微生物作用， 將不穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)。堆肥過程可以使污染性固體廢棄物中揮發(fā)性物質(zhì)含量降低，臭味減小，物理性狀明顯改善（含水量降低、呈疏松、分散、粒狀） ，便于貯藏、運(yùn)輸和使用；高溫堆肥還可殺滅堆料中的病原菌、蟲卵

6、和草籽，堆肥產(chǎn)品可以作為土壤改良劑和植物營(yíng)養(yǎng)源。一般認(rèn)為，污染性固體廢棄物堆肥過程的主要技術(shù)措施應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：2.1. 溫度控制溫度控制在發(fā)酵過程中起到至關(guān)重要的作用，溫度控制得好與壞，直接影響到發(fā)酵的效果及周期長(zhǎng)短，根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)，我們提出采用無線溫度測(cè)量系統(tǒng)，通過無線溫度測(cè)量系統(tǒng)與綜合控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)與其他探測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合， 經(jīng)過控制器控制算法的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制通風(fēng)系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。2.2. 氧濃度控制氧在有氧發(fā)酵過程中是最主要的成分，氧濃度的高低，直接影響到發(fā)酵是否成功， 在線式氧濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使發(fā)酵堆肥的控制工藝達(dá)到最佳，有效保證了發(fā)酵始終處在最佳狀態(tài)。2

7、.3. 調(diào)整堆料含水率通過調(diào)整堆料的成分（摻料） 及水分含量實(shí)現(xiàn)對(duì)堆料濕度的調(diào)整，該過程中無線濕度探頭及噴淋系統(tǒng)的有效結(jié)合，可以達(dá)到最佳的效果，該過程引入發(fā)酵堆肥整體過程控制系統(tǒng)當(dāng)中，結(jié)合溫、 氧控制及通風(fēng)系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)更加完善有效。2.4. 建立合適的通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)是發(fā)酵過程中重要的工藝控制環(huán)節(jié)，系統(tǒng)有了有效的數(shù)據(jù)檢測(cè)環(huán)節(jié)，如果沒有良好的以上檢測(cè)數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，再好的指標(biāo)檢測(cè)也沒有意義的，只有實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)與調(diào)節(jié)良好的配合，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制過程的最大效益。2.5. 填充料的選擇選擇好的填充材料，可以提高堆體的通風(fēng)效果及堆體的濕度，對(duì)有效的發(fā)酵會(huì)起到重要的作用。綜合以上因素，對(duì)于發(fā)酵堆肥系統(tǒng)來

8、說,完善的數(shù)據(jù)采集和完善的控制系統(tǒng)至關(guān)重要。3. 項(xiàng)目分析XX 養(yǎng)殖場(chǎng)， 具有 X 萬頭豬的養(yǎng)殖規(guī)模，養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的豬糞及其它混合原料每天有含固量為X的豬糞X噸，應(yīng)該說固體廢棄物日產(chǎn)出量是很大的， 為解決這些污染性固體廢棄物的二次污染問題，我們提出進(jìn)行好氧發(fā)酵堆肥的方式，充分發(fā)揮這些污染性固體物廢棄物富含有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)，將這些廢棄物發(fā)酵成有機(jī)肥，從而發(fā)揮其剩余的作用，并且達(dá)到全部無害化處理的目的。4 .方案設(shè)計(jì)根據(jù)以上分析，我們提出了以下發(fā)酵堆肥的工藝方案：4.1. 工藝組成根據(jù)污染性固體廢棄物的產(chǎn)出量， 并考慮一定富裕量，結(jié)合這些污染性固體廢棄物的特點(diǎn)，采用以下工藝過程：整個(gè)過程包含：固液分

9、離、混料、高溫發(fā)酵、陳化發(fā)酵、出肥, 以及配套的工藝自動(dòng)化控制等幾個(gè)階段組成。4.2. 系統(tǒng)組成根據(jù)以上工藝流程，各階段所需的設(shè)備如下：混料階段：鏟車高溫發(fā)酵階段：發(fā)酵梢6個(gè)、鏟車通風(fēng)曝氣：風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、曝氣頭等工藝自動(dòng)化控制系統(tǒng)：測(cè)量?jī)x表、控制器、管理系統(tǒng)等5 . 控制系統(tǒng)的組成5.1. 系統(tǒng)的整體原理5.2. 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)概述控制系統(tǒng)采取開放、可靠的網(wǎng)絡(luò)形式來完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)我們多年的行業(yè)積累得到的經(jīng)驗(yàn)，我們參看了目前工藝運(yùn)行的需求，做出如下的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用性能可靠的工業(yè)以太網(wǎng)。可以將辦公網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)和視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)無縫結(jié)合到該網(wǎng)絡(luò)

10、環(huán)境，實(shí)現(xiàn) “多網(wǎng)合一”。整個(gè)系統(tǒng)可承載的數(shù)據(jù)分成如下的幾個(gè)部分：1 工業(yè)控制數(shù)據(jù)2 采集數(shù)據(jù)3工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS總線通訊該系統(tǒng)以通訊為背景,采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和傳遞，采用多級(jí)的交換機(jī)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組建起來。5.3. 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是開放的控制系統(tǒng)，除了具有良好的網(wǎng)絡(luò)通訊能力外，還具有與其它控制系統(tǒng)通訊功能和標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)外通訊接口，以后可以任意擴(kuò)展控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)采用多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即生產(chǎn)管理網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)，將過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)行操作監(jiān)視數(shù)據(jù)信息同非實(shí)時(shí)信息及共享資源信息分開，分別使用不同的網(wǎng)絡(luò)。有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負(fù)荷。生產(chǎn)管理網(wǎng)：用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制層的

11、控制系統(tǒng)之間、現(xiàn)場(chǎng)控制層與操作監(jiān)控層之間的通訊與數(shù)據(jù)傳輸，采用工業(yè)以太網(wǎng)。生產(chǎn)控制網(wǎng)：用于實(shí)現(xiàn)過程設(shè)備層與現(xiàn)場(chǎng)控制層之間的通訊和數(shù)據(jù)傳輸，采用現(xiàn)場(chǎng)總線的形式，現(xiàn)場(chǎng)總線采用MODBUS 國(guó)際通用的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，抗干擾性好，現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)不少于64 個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線，通訊速率為9.6K 12Mbps （自動(dòng)調(diào)整）5.4. 通訊協(xié)議的可靠性Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過此協(xié)議，控制器相 互之問、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為 一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)

12、使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共 格式。當(dāng)在Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備 地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將 生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了 Modbus協(xié)議的消 息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決 節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。5.5. 系統(tǒng)的原理圖5.6. 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的控制策略及功能的描述5.6.1. 核心

13、控制器的組成控制器采用本公司自主研發(fā)的智能堆肥高端控制器及通訊模塊組成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)， 控制系統(tǒng)通過與其相連的儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制功能?？刂破髂芘c電氣控制柜及工藝配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，能夠安全啟停設(shè)備，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，達(dá)到高質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的生產(chǎn)效果。5.6.2. 核心控制策略一、 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集根據(jù)污染性固體廢棄物堆肥控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和工藝運(yùn)行的要求，我們的采取的控制器具備良好的通訊接口，可以直接跟我們公司自己設(shè)計(jì)的溫度采集器進(jìn)行通訊，采取標(biāo)準(zhǔn)開放的通訊協(xié)議。保證了數(shù)據(jù)的可靠性、和實(shí)時(shí)性的傳遞。主要的數(shù)據(jù)包括采集以下幾個(gè)方面：溫度數(shù)據(jù)、氧氣濃度數(shù)據(jù)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

14、、運(yùn)行時(shí)間、閥門開關(guān)狀態(tài)以及閥門開度等。A）溫度的采集溫度的采集主要是利用我們公司自主研發(fā)的溫度采集模塊來實(shí)現(xiàn)的，該模塊具備 8 路溫度采集通道，可以同時(shí)的采集8 路溫度，精度在0.3。采集的數(shù)據(jù)可以在溫度模塊上來顯示，并且具備遠(yuǎn)程通訊端口支持可靠的工業(yè)通訊協(xié)議。利用該模塊以及提前根據(jù)工藝的要求在發(fā)酵槽內(nèi)布置的待測(cè)點(diǎn)，經(jīng)過實(shí)時(shí)的采集、 運(yùn)算， 利用溫度采集模型的處理來把溫度精確在某特定的范圍來傳遞給相關(guān)的控制設(shè)備、控制設(shè)備對(duì)其采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行建立溫度模型并控制風(fēng)機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成相應(yīng)的控制策略。B）氧氣含量的測(cè)量氧氣的采集是根據(jù)工藝的情況和實(shí)際的位置來設(shè)計(jì)的，通過我們公司研發(fā)的針對(duì)堆肥行業(yè)的氧

15、氣含量傳感器來測(cè)量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)傳遞給相關(guān)的控制器來完成堆料中氧氣模型的建立，這對(duì)堆肥通風(fēng)系統(tǒng)的階段性控制起到很重要的作用，可以說直接決定堆肥的周期與堆肥的質(zhì)量。二、堆肥系統(tǒng)的控制策略-主要是實(shí)現(xiàn)通風(fēng)的控制1 堆肥通風(fēng)系統(tǒng)通常的情況下是強(qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種模式，這個(gè)通風(fēng)的過程中也包括定期翻堆。其中根據(jù)我們目前的實(shí)際情況來看強(qiáng)制通風(fēng)占到了很大的比例。采用強(qiáng)制通風(fēng)的好氧堆肥體系對(duì)有機(jī)物的分解和轉(zhuǎn)化速度快、堆肥周期短。一般一次發(fā)酵時(shí)間為20天左右，二次發(fā)酵（即后熟期）在1030天便可完成。具有通風(fēng)設(shè)備的好氧堆肥系統(tǒng)堆溫高,可以殺滅病原體、蟲卵和植物種子,使堆肥達(dá) 到無害化。而沒有通風(fēng)系統(tǒng)的堆肥體系對(duì)

16、有機(jī)物分解比較緩慢，堆肥周期長(zhǎng)，占地 面積大，還易產(chǎn)生惡臭。不同通風(fēng)方式對(duì)固定垛堆肥系統(tǒng)的影響，其結(jié)果列于表1 （國(guó)外案例實(shí)驗(yàn)結(jié) 果）表1自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)在堆肥過程中的溫度變化特點(diǎn)（比較）溫度特點(diǎn)自然通風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng)溫度到達(dá)55度時(shí)間（大）67溫度降到15度時(shí)間（大）62. 2545. 25溫度峰值（度）58. 457. 5溫度到達(dá)峰值時(shí)間（天）98升溫速率d TPd t （度P天）3. 74降溫速率-d TPd t （度P天）0. 831.1項(xiàng)目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)一一通風(fēng)量控制:好氧堆肥化過程實(shí)際上是微生物發(fā)酵過程，依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、 放線菌、真菌等微生物，在人為控制的條件下，促進(jìn)可生物降解的

17、有機(jī)物向穩(wěn)定 的腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程。有機(jī)物的微生物好氧發(fā)酵過程可用下式表 示：C、H、O、N、S、P+O2 -CO2+NO3+SO3+簡(jiǎn)單有機(jī)物+更多的微生物 +熱量影響污染性固體廢棄物好氧堆肥化的因素很多，通風(fēng)供氧、堆料含水率、溫度、有機(jī)質(zhì)含量、顆粒度、碳氮比、碳磷比、pH值等。其中通風(fēng)供氧是好氧堆肥化生產(chǎn)的基本條件之一，只有充足的氧氣是保證好氧微生物群體繁殖發(fā)育。通 風(fēng)中需氧量主要決定于堆肥原料有機(jī)物含量、揮發(fā)度、可降解系數(shù)等，即堆肥過 程中的需氧量取決于碳被氧化的量。通風(fēng)除了供氧之外，還有降低水分和調(diào)節(jié)溫度的作用，通風(fēng)過程中不飽和的 熱空氣帶走水蒸氣，干化物料。干化的發(fā)生是氧化

18、作用的一部分， 也是堆肥化過 程取得的重要收益。在高溫堆肥化后期，堆體排出廢氣溫度較高，容納水氣量將 隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律增加，可從堆肥中帶走大量水分。通風(fēng)供氧與帶走水氣兩 者是有關(guān)聯(lián)的，但完成兩種目的所需空氣量不同。通風(fēng)的另一作用是從堆肥系統(tǒng)向外散熱， 這對(duì)堆體溫度的調(diào)節(jié)，以防止過高的溫度造成細(xì)菌生物活動(dòng)受到抑制甚至死亡，從而影響堆肥效果。針對(duì)不同階段適當(dāng)?shù)耐L(fēng)對(duì)堆體有著供氧， 散熱、出水份的作用，但當(dāng)風(fēng)量 過大時(shí)，會(huì)帶了溫度不易升高，反應(yīng)時(shí)間加長(zhǎng)，帶出反應(yīng)的中間產(chǎn)物有害氣體等 不良作用。另外，堆體中氧氣含量的變化直接反映了堆肥中微生物耗氧速率的快慢和堆 肥中有機(jī)物降解情況，耗氧速率是判斷堆

19、肥是否進(jìn)行完全的重要參數(shù)。好氧堆肥的過程好氧堆肥化從堆積到腐熟的微生物化過程比較復(fù)雜，初步將堆肥過程大致分為以下四個(gè)階段，在不同的階段，堆體對(duì)通風(fēng)量的需求如下表所 述：序 號(hào)階段名稱溫度變化需要時(shí) 問對(duì)通風(fēng)需求描述主要作用需求 量備注1堆肥起爆 期室溫升至30 C1236h供氧盡量小防止風(fēng)量大帶走 熱量2快速升溫 期30 C 60士5 c3654h供氧小防止風(fēng)量大帶走 熱量3高溫持續(xù) 期維持605C144 240h控溫后期去水大不厭氧情況下控 制溫度4脫水期60 5c降至室 溫4896h去水大降溫去水這個(gè)表雖然定性地描述了不同階段的通風(fēng)作用， 但沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來確定控 制過程，這還不足以轉(zhuǎn)化成

20、控制系統(tǒng)的算法語(yǔ)言， 另一方面，堆肥是一個(gè)因地制 宜的過程，與當(dāng)?shù)貧夂?，污染性固體廢棄物成分、菌群種類等都有一定關(guān)系，為 了能夠以最優(yōu)化的通風(fēng)來滿足堆體的反應(yīng)需求， 優(yōu)化處理效果（堆肥有較高的腐 熟度），縮短反應(yīng)時(shí)間，減少設(shè)備能耗。我們有必要利用國(guó)際和國(guó)內(nèi)的科研成果， 建立一套數(shù)學(xué)模型，來對(duì)堆肥反應(yīng)過程進(jìn)行描述，并用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn) 行修正，以求得在堆料含水率，溫度、有機(jī)質(zhì)含量、顆粒度、碳氮比、碳磷比、 pH值等大致一定的情況下，環(huán)境溫室度的變化對(duì)堆體通風(fēng)量是一個(gè)怎樣的關(guān)系， 從而得出一套控制算法，保證堆肥以最優(yōu)的方式進(jìn)行。經(jīng)過工程經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)以往大量工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，我們根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)的

21、各 項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)（管徑大小、管道長(zhǎng)短等）以及建立起的溫度模型及氧氣模型，建立 起一套一次發(fā)酵的數(shù)學(xué)模型?；緮?shù)學(xué)模型如下：T T0Kt B2 e型T0環(huán)境溫度（C） ；T發(fā)酵溫度（C） ；t發(fā)酵時(shí)間（天）；K ,B1 ,B2為回歸系數(shù)。-d CtPd t = 0. 01283. 3QP（23 + Q/kCD（m式中的Ct為每天每kg干固體中剩余可降解有機(jī)物參與氧化反應(yīng)所要消耗 的氧量,t為時(shí)間,Q為氣量。該式描述了消化污染性固體廢棄物堆肥過程中可降 解有機(jī)物的降解規(guī)律，可用作模擬消化污染性固體廢棄物堆肥過程的計(jì)算機(jī)動(dòng)力 學(xué)模型，通過模擬獲得堆肥供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)數(shù)據(jù)。一次發(fā)酵曲線模型通過該數(shù)學(xué)模

22、型能夠很好的通過我們的控制系統(tǒng)來控制整套發(fā)酵系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)酵過程，達(dá)到堆肥發(fā)酵的最優(yōu)控制，保證堆肥質(zhì)量、減小堆肥發(fā)酵周期、 節(jié)省人力物力資源。控制軟件作為控制系統(tǒng)的大腦，是本次工程的核心，由于污 染性固體廢棄物好氧堆肥系統(tǒng)國(guó)內(nèi)成熟案例不多和它因地制宜的兩個(gè)特點(diǎn)，決定了本次項(xiàng)目的控制算法必須是就地開發(fā)的， 根據(jù)控制的輸入和輸出量，參考國(guó)內(nèi) 外的文獻(xiàn)資料，我們?cè)O(shè)計(jì)了單堆體軟件的控制邏輯。該控制思想在模擬狀態(tài)下，曾成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度和含氧量的控制。 從軟件結(jié)構(gòu)圖中可以看出，我們需要知道：不同階段堆體氧濃度的最低值既a， b、 c、d四個(gè)參數(shù)，各個(gè)階段最合適的控制溫度，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就是間隙通風(fēng)的時(shí)間。

23、 其實(shí)所有的這些值根據(jù)國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)記載和工藝要求，都可以初步定出，a，b、 c、 d 氧濃度值根據(jù)國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)記載，大約在5% 15%左右；各個(gè)階段合適的溫度我們將配合項(xiàng)目的工藝技術(shù)人員，結(jié)合通風(fēng)調(diào)試過程，一起來確定；風(fēng)機(jī)按照要求是盡量柔和緩慢均勻通風(fēng)。按照建設(shè)部頒發(fā)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市生活垃圾好氧靜態(tài)堆肥處理技術(shù)規(guī)程(CJJT52 93 )，“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的風(fēng)量宜為每立方米垃圾0. 050. 20 m3/min;風(fēng)壓可按堆層每升高1 m增加1 0 0 01 5 0 0 P a選取。通風(fēng)次數(shù)和時(shí)間應(yīng)保證發(fā)酵在最適宜條件下進(jìn)行”，這些定性的參考值，使得堆肥過程不再神秘，有章可循，有法可依，也為我們項(xiàng)目的調(diào)試打

24、下了基礎(chǔ)，節(jié)省了時(shí)間，我們認(rèn)為作為一個(gè)有著較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力的工程公司，我們完全有能力和信心做好本項(xiàng)目。同時(shí)， 對(duì)于具體這些值最合理的確定，還是我們需要下大力氣，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)需要做的工作。我們將和業(yè)主有關(guān)人員一起，先按照理論計(jì)算出的各個(gè)反應(yīng)階段的需氧量結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)給出的需氧量的經(jīng)驗(yàn)值，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)，通風(fēng)時(shí)按照均勻柔和節(jié)能保護(hù)設(shè)備的原則，根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力流量關(guān)系曲線，變頻器較高效率的變頻范圍，確定合適的通風(fēng)轉(zhuǎn)速和通風(fēng)時(shí)間。然后對(duì)堆肥后的污染性固體廢棄物的腐熟度，堆體堆肥反應(yīng)的均勻性、有機(jī)物含量進(jìn)行檢測(cè)或化驗(yàn)室檢驗(yàn)， 并將這些結(jié)果進(jìn)行分析和輸入數(shù)學(xué)模型結(jié)算，然后調(diào)整通風(fēng)量，如此反復(fù)試驗(yàn)，直至找到

25、控制參數(shù)為止。在保證一次發(fā)酵順利穩(wěn)定的運(yùn)行情況下，我們?cè)诰唧w的發(fā)酵階段中采用以下不同的控制方法來滿足堆肥發(fā)酵不同階段的最優(yōu)控制。1)時(shí)間控制法時(shí)間控制法可分間歇通風(fēng)。間歇式堆肥操作的氣量控制實(shí)際上是控制溫度,使其處于堆肥的最佳溫度范圍并予以保持。而通風(fēng)速率又可采用恒定和變化的兩種 , 在堆肥的過程中, 最好采用變化的通風(fēng)速率。間歇式堆肥過程的氣量控制可分為三個(gè)階段:第一階段通氣量應(yīng)盡量小, 以保證在好氧條件的前提下使氣體對(duì)堆肥的冷卻作用最小, 使堆溫盡快達(dá)到最佳溫度范圍55 - 60 度 ;第二階段 , 應(yīng)加大通氣量, 使反應(yīng)熱和散熱量持平, 以控制堆溫不至過高;第三階段, 反應(yīng)速率因有機(jī)物含

26、量的減少而下降, 無法產(chǎn)生足夠熱量以維持最佳堆溫, 溫度開始降低, 最好逐漸減小氣量。2）溫度反饋控制法在生產(chǎn)實(shí)際中, 往往通過溫度- 供氣反饋系統(tǒng)來完成溫度的自動(dòng)控制。堆肥作為一種生物反應(yīng)系統(tǒng), 是與非生物系統(tǒng)有差別的。對(duì)于非生物系統(tǒng)而言, 反應(yīng)速度直接與溫度相關(guān), 一般情況下, 溫度越高 , 反應(yīng)速度越快。然而 , 靠酶催化進(jìn)行的堆肥生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng), 則只在某些限度范圍內(nèi)與溫度正相關(guān), 當(dāng)超過 60 度時(shí) ,溫度若再增高,反應(yīng)速度反而迅速衰退。當(dāng)溫度超過6570度時(shí)，進(jìn)入抱子形成階段, 因?yàn)殒咦訛榉腔顒?dòng)狀態(tài), 使有機(jī)物的分解速度相應(yīng)變慢。此外, 在此溫度范圍內(nèi), 形成的孢子再發(fā)芽繁殖的可

27、能性也很小。所以高溫堆肥溫度最好控制在5560度左右。當(dāng)溫度達(dá)到60度時(shí)，通過溫度-供氣反饋裝置啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng) , 以降低堆溫; 當(dāng)溫度低于60 度時(shí) , 停止鼓風(fēng), 讓堆溫上升; 如此反復(fù), 使堆溫始終保持在60 度左右。這也是去除過多水分的有效方法。3）耗氧速率控制法耗氧速率可作為好氧微生物分解和轉(zhuǎn)化有機(jī)物速率的標(biāo)志。在污染性固體廢棄物堆肥過程中, 單位時(shí)間內(nèi)被分解和轉(zhuǎn)化的有機(jī)物越多, 微生物的耗氧速率亦越大 , 這時(shí)就需要加大通氣量。堆料孔隙中氧濃度大于10 %時(shí) , 耗氧速率不變,即微生物的活動(dòng)正常; 當(dāng)氧濃度低于10 %時(shí) , 氧的擴(kuò)散動(dòng)力降低, 傳遞速度變慢,由此降低了提供給好

28、氧微生物進(jìn)行生化反應(yīng)所必須的氧, 這將影響到微生物的正?；顒?dòng) , 使其分解有機(jī)物的速度變慢, 氧濃度越低, 這種影響就越大。所以 , 為提高堆肥速率, 應(yīng)保證足夠的氧濃度, 以縮短堆肥發(fā)酵的周期。4）綜合控制法綜合以上各種控制方式，取長(zhǎng)補(bǔ)短，采用綜合控制方式將有效提高控制系統(tǒng)的的最大價(jià)值，提高堆肥效率，將溫度傳感器及氧氣傳感器等測(cè)得的數(shù)據(jù)連續(xù)輸入控制器, 經(jīng)過程序加工處理后, 來反饋控制鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行?？蓪囟瓤刂品ê秃难跛俾士刂品ㄓ袡C(jī)地結(jié)合起來, 保持最佳的堆溫和氧含量, 當(dāng)氧濃度控制在15 %左右時(shí), 可保證在整個(gè)堆肥過程中堆溫不會(huì)超過70 度 , 水分含量逐漸降低,獲得滿意的衛(wèi)生學(xué)效果和合

29、格的堆肥產(chǎn)品, 并實(shí)現(xiàn)堆肥通風(fēng)系統(tǒng)的完全自動(dòng)化控制。2.臭氣控制系統(tǒng)堆肥發(fā)酵車間內(nèi)，由于發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生很多氨氣等有害氣體，由此造成對(duì)人體及周圍環(huán)境的的危害，環(huán)境的污染及人體的危害，使我們清醒的認(rèn)識(shí)到在處 理污染性固體廢棄物的同時(shí)，也要避免二次污染的產(chǎn)生。因此在污染性固體廢棄 物堆肥發(fā)酵過程中臭氣污染的治理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。采取的控制策略是根據(jù)我們公司自己研發(fā)的相關(guān)氣體的傳感器， 通過一定的信號(hào)形式采集到控制器中， 通 過控制器的運(yùn)算以及結(jié)合目前的實(shí)際情況來對(duì)排氣的風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)和停止的控 制。1.1.3. 系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分布（單梢）輸入、輸出、通訊類型單位輸入模擬量輸入AI點(diǎn)數(shù)字量輸入DI點(diǎn)

30、輸出數(shù)字量輸出DO點(diǎn)模擬量輸出點(diǎn)通訊RS485個(gè)RJ45P個(gè)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)合計(jì)（不含通訊接口數(shù)量）個(gè)1.1.4. 系統(tǒng)的硬件組成（單梢）廳P設(shè)備名稱型號(hào)品牌單位1智能堆肥控制器BRET-CC100A瑞陽(yáng)恒興個(gè)1測(cè)量?jī)x表瑞陽(yáng)恒興批5.7. 系統(tǒng)涉及的上位部分控制選擇， 點(diǎn)動(dòng)模式 間歇模式 氧控模式 溫控模式 綜合模式|污染性固體廢棄物堆肥發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)注重于節(jié)省勞 動(dòng)力，提高生產(chǎn)的效率和技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)溫度、氧濃度的測(cè) 量記錄和調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)溫度控制、氧濃度控制和 堆料含水率的調(diào)整的結(jié)合。從而大幅度提高污染性固體廢棄 物堆肥生產(chǎn)的技術(shù)水平，協(xié)助推進(jìn)污染性固體廢棄物堆肥系 統(tǒng)的高效、高產(chǎn)。

31、5.7.1. 上位系統(tǒng)的組成21U-反糖:數(shù)據(jù)服務(wù)器，操作員站、工程師站、通訊網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)交換機(jī)、防火墻、 打印機(jī)、UPS電源等組成。對(duì)規(guī)模較小 總文:跑心 變棋式 的可以不設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器，由工程師 站兼數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能。5.7.2. 上位軟件的特點(diǎn)使用1-2套組態(tài)軟件作為 開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)系統(tǒng)是一個(gè)集 成的開發(fā)環(huán)境，可以創(chuàng)建工程 畫面、分析曲線、報(bào)表生成， 定義變量、編制動(dòng)作腳本等， 同時(shí)可以配置各種系統(tǒng)參數(shù) 等。最好用“組態(tài)”在這里完 成，運(yùn)行系統(tǒng)將開發(fā)完的系統(tǒng) 進(jìn)行執(zhí)行，完成計(jì)算機(jī)監(jiān)控的 過程。開發(fā)人員可以在開發(fā)環(huán)境中完成監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接的定 義、數(shù)據(jù)庫(kù)的配置等。開發(fā)系統(tǒng)可以方便的

32、 生成各種復(fù)雜生動(dòng)的畫面，可以逼真的反映 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。組態(tài)軟件經(jīng)過二次開發(fā)，可以實(shí) 現(xiàn)以下多種功能：1動(dòng)態(tài)圖形及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在上位監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)彩色顯示器上， 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示溫室內(nèi)的參數(shù)等各主要工藝 設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、溫度、氧氣等過程控制的 運(yùn)行趨勢(shì)的生產(chǎn)運(yùn)行情況，能從總圖詳圖多 層次監(jiān)測(cè)。2報(bào)警處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)配置了故障處理專家系統(tǒng) 軟件，通過預(yù)裝的專家系統(tǒng)得到故障原因的 詳細(xì)資料及排除故障的對(duì)策。在任何時(shí)間和在任何顯示上工作站都能在畫面頂部或底部顯示出總的報(bào)警信息，操作人員點(diǎn)擊 該報(bào)警信息可以快速地調(diào)出與本報(bào)警有關(guān)的畫面， 該畫面可以顯示出故障原因的 詳細(xì)資料及排除故障的對(duì)策。所有的報(bào)警信號(hào)都以

33、時(shí)間先后排隊(duì)，該隊(duì)可以在畫面上顯示并存貯在內(nèi)存內(nèi)。在任何時(shí)間該隊(duì)列在畫面上保留最新的 128個(gè)報(bào)警點(diǎn)，發(fā)生事件報(bào)警時(shí)候相關(guān)的信息發(fā)布以及報(bào)警鈴聲、報(bào)警 事件的確認(rèn)；查詢和存儲(chǔ)功能及相 關(guān)設(shè)定報(bào)警點(diǎn)的修改。3歷史數(shù)據(jù)的存檔所有收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都按類型、名稱、屬性分類，按時(shí)序依次存檔，可以保 存一年的歷史數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)的永久保存是寫入光盤。歷史數(shù)據(jù)的采樣周期在1秒鐘到1小時(shí)內(nèi)可調(diào)。4事件檢索操作員可在“事件檢索”的視窗中按事件類別名稱、對(duì)象名稱、事件起始 至截止的日期和時(shí)間及對(duì)象編號(hào)展品時(shí)序進(jìn)行檢索。5事件記錄存檔事件庫(kù)中具有足夠的容量存放事件登錄，事件登錄每天以數(shù)據(jù)文件形式入 庫(kù)，盤區(qū)存滿后通知操

34、作員移出另外存檔。6報(bào)表產(chǎn)生與打印工作站接收各溫室提供的帶時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)硬盤作為編輯報(bào)表 的基礎(chǔ)。根據(jù)實(shí)際輸入信號(hào)，制作出班、日、月、年報(bào)表。報(bào)表可按照標(biāo)準(zhǔn)格式 或用戶需要的格式打印。5.7.3. 上位實(shí)現(xiàn)的功能第一類是管理功能：即工藝流程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖，提供清晰、友善的人機(jī)界面， 生動(dòng)形象地反映工藝流程、和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成報(bào)警歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢(shì)曲線的儲(chǔ) 存、顯示和查詢/生成、打印各類生產(chǎn)運(yùn)行管理報(bào)表。第二類是對(duì)控制站（PLC）的控制功能：即在基于圖形和中文菜單的方式上， 操作人員在中控室上位監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)站通過鍵盤或鼠標(biāo)在線修改 PLC控制站內(nèi)各控制回路的主要參數(shù)。第三類功能是

35、通訊功能：具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能，控制室上位監(jiān)控管理計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊，例如：可與其他現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行 通訊；可與公司遠(yuǎn)端調(diào)度系統(tǒng)通過 OPC或GPRS進(jìn)行通訊等。第四類功能是操作性能強(qiáng)，簡(jiǎn)單方便，容易上手，可以自己進(jìn)行相關(guān)的二次 開發(fā)，詳細(xì)的工程和相關(guān)數(shù)據(jù)備份恢復(fù)功能， 支持在線式的修改特性，提供了管 理權(quán)限及運(yùn)行記錄功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)連接和查詢記錄修改能功能以及可以連接 標(biāo)準(zhǔn)的OPC軟件的功能。5.7.4. 上位系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)配置（推薦）廳P設(shè)備名稱型號(hào)品牌單位1工控機(jī);臺(tái)2顯示器臺(tái)3交換機(jī)臺(tái)4智能管理平臺(tái)V2.1瑞陽(yáng)恒興套5.7.5. 調(diào)度室中的臭氣排放系統(tǒng)根據(jù)我們多年

36、的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)來看，我們建議在調(diào)度中心采取臭氣監(jiān)控系統(tǒng)，并配備小型的排風(fēng)系統(tǒng)，這樣就很方便的維護(hù)人們正常的工作環(huán)境， 必要的時(shí)候可 以采取強(qiáng)制的通風(fēng)來完成操作人員的工作環(huán)境， 該系統(tǒng)本著節(jié)能和合理利用資源 的條件下來實(shí)現(xiàn)的。5.8. 系統(tǒng)涉及的儀表組成5.8.1. .測(cè)溫儀表數(shù)顯溫度探桿(BERT-T2000-P)是我公司針對(duì)新興的堆料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì) 的便攜式堆料專用溫度探測(cè)器，它是采用分層、分段采集、可就地顯示數(shù)據(jù)的一 套溫度探測(cè)設(shè)備，該探測(cè)器一次性可以監(jiān)測(cè)三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)(上、中、下) ，使用方 便靈活。見下圖：數(shù)顯溫度探桿(BERT-T2000-P)集合了溫度探桿(BRET-T2000-W)的以高 性能處理器為核心，集保護(hù)、測(cè)量、信號(hào)等功能于一體，可進(jìn)行多點(diǎn)溫