CN103102192B - 高温好氧堆肥分段氧气-温度反馈通风的自动控制方法 - Google Patents

高温好氧堆肥分段氧气-温度反馈通风的自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温好氧堆肥分段氧气-温度反馈通风的自动控制方法。该方法分为四个阶段：阶段一，控制堆体无通风，使温度持续上升至超过设定温度；阶段二，根据堆体耗氧速度调整通风量，使堆体供氧充足；阶段三，根据堆体温度控制通风量，使其在设置温度范围内维持设定时间，达到堆体灭菌和有机降解效果；阶段四，采用较高的固定通风量，使堆体快速脱水，并降温至室温。本发明实现通风流量的灵活控制，维持堆体在设定温度和氧气浓度范围，有利于缩短处理周期、维持堆体好氧环境。采用低通风连续运行策略，可大幅降低风机设备所需功率，实现堆肥无害化和资源化。

Description

高温好氧堆肥分段氧气-温度反馈通风的自动控制方法
技术领域
本发明属于堆肥控温通风技术领域，特别涉及一种高温好氧堆肥分段氧气-温度反馈通风的全自动控制方法。
背景技术
随着有机固体废弃物不断增加，高温好氧堆肥作为一种有效的处理技术日益受到重视。在堆肥过程中有机质被好氧菌分解和利用，产生大量的反应热，使堆体升温至较高温度，使绝大部分病原菌失活，同时完成有机质的稳定化和堆体的减量化。因此，需将堆体的温度和氧气控制在适当范围，以维持适宜的高温期，尽快完成物料的无害化、资源化和减量化。其中无害化可通过维持一定的高温状态杀灭病原菌和杂草种子；资源化则需经过有机质的降解和微生物残体的腐殖化，使物料腐熟成为优良的有机肥；减量化则由通风带走堆体内的高温高湿的水蒸气、降低堆体体积。
传统的堆肥以堆沤法为主，对堆肥过程供氧和温度变化仅通过翻堆的方式进行简单控制，难以保证合理的堆体温度和好氧状态，导致堆肥周期长、臭气污染严重，不能达到快速处理有机固体废弃物和实现环境友好的目的。堆肥温度反馈通风控制的工程应用在国外已有三十多年历史，但在我国的应用还相对较少。在国内的相关专利中，有两个专利对堆肥过程通风控制进行了报道，其中专利号为00105833.9报道堆肥自动控制的仪表，专利号为01120522.9报道采用上位软件对堆肥过程进行控制。其中仪表控制简单实用，价格较低，维护也比较方便，但一次只能控制一个堆肥；电脑控制系统复杂，价格高，维护需要较高技术水平，能控制多个堆体。温度反馈即通过温度传感器获取堆体内某一点(多为堆体中心)的温度范围，当温度超过该范围上限值时采取连续通风方式，低于该温度时采取间歇通风方式。时间反馈则采用固定的通风频率，以时间继电器对鼓风机的开闭进行控制，以调整堆体的通风量。上述两种方式均存在一定的弊端，在堆体快速升温期，堆体耗氧量大，仅通过温度控制易造成厌氧条件，导致臭气污染。现有的温度控制方式均采用控制鼓风机开闭的模式，为保证鼓风周期内有较好的通风量，其风机型号往往较大，通风效率相对较低，大量的空气未有效去除水分和带走热量，电机的频繁开启和关闭耗能也较高且对风机寿命有所影响。时间控制方式则难以有效的保证堆体的温度，往往需要进行手工辅助调整，降低了堆肥过程的稳定性，且增加人工成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温好氧堆肥分段氧气-温度反馈通风的自动控制方法。
该方法分为四个阶段：
阶段一：设置温度为25～30℃，将温度传感器插入堆体中心，接通控制器和传感器电源，堆体缓慢升温，当控制器判断堆体中心温度超过本阶段所设置温度时，堆肥过程进入阶段二。
阶段二：以阶段一设置的温度为本阶段下限温度、50～55℃为本阶段上限温度设置温度范围，氧气传感器读取堆体氧气浓度值，并通过调整步机电磁阀门开度来调整通风量，使堆体的氧气浓度值维持在8～15％，该阶段快速升温，1～3天达到本阶段所设置的上限温度，堆肥过程进入阶段三。
阶段三：以阶段二的上限温度为本阶段下限温度、55～65℃为本阶段上限温度设置温度范围，根据堆体温度控制通风量，使堆体温度在本阶段设置的温度范围内维持7～10天，完成堆体灭菌和有机质降解，进入阶段四。
阶段四：设置步进电磁阀门开度，从而控制堆体通风量，使堆体迅速脱水并降温至室温，该阶段时间为2～5天。
所述四个阶段中，由温度传感器和氧气传感器探测堆体内温度和氧气的实际值，并将信号传送至可编程逻辑控制器(PLC)和上位组态控制软件，根据预先设定的工作控制参数自动调整步进电磁阀门开度，从而控制堆体通风量；所述工作控制参数在运行前根据物料性质的差异进行设定。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过过程控制分为四阶段，可更好的兼顾供氧、控温和脱水降温的要求；采用可编程逻辑控制器(PLC)和上位组态软件联合自动控制，对堆肥过程可进行精确调控；根据设定的工作控制参数结合堆体中心点温度、氧气反馈控制步进电磁阀门开度的方式进行通风量的控制，比鼓风机开闭控制方式可减少能耗，有利于采用低额定功率的鼓风机；控制堆体在较佳的氧气和温度条件下有利于有机固体废弃物快速完成好氧堆肥过程，且降低环境污染。
附图说明
图1为本发明分段反馈控制示意图。
图2为本发明堆肥过程自动控制系统示意图，其中PLC为可编程逻辑控制器。
图3为本发明实施例堆肥过程的氧气动态变化图。
图4为本发明实施例堆肥过程的温度动态变化图。
具体实施方式
实施例：
本实施例的堆肥以城市污泥与锯末为原料，其中城市污泥和锯末的初始含水率分别为83％和11％，挥发性有机物含量为84％和82％。
将8千克污泥和2千克锯末经人工混合均匀后装入容积为50升的好氧堆肥发酵罐，上堆前测得混合物料的含水率和挥发性有机物含量分别为68％和84％，户外温度为13～22℃。
阶段一：设置温度为30℃，将温度传感器插入堆体中心，接通控制器和传感器电源，堆体缓慢升温，当控制器判断堆体中心温度超过30℃，堆肥过程进入阶段二。
阶段二：设置温度范围为30～50℃，氧气浓度值为10％，氧气传感器读取堆体氧气浓度值，并通过调整步机电磁阀门开度来调整通风量，使堆体的氧气浓度值维持在10％，该阶段快速升温，2天即达到50℃，堆肥过程进入阶段三。
阶段三：设置温度范围为50～65℃，根据堆体温度控制通风量，使堆体温度在50～65℃范围内维持8天，完成堆体灭菌和有机质降解，进入阶段四。
阶段四：设置步进电磁阀门开度，以提高风机通风量，使堆体迅速脱水并降温至室温，该阶段时间为5天。
在本实施例的整个过程中，经历了适应期、快速升温期、持续高温期和物料脱水期四个阶段，总共历时15天，其中堆体温度上升到50℃的时间约为2天，高温阶段(>50℃)持续了8天，其中60℃以上的温度持续5天，堆体的温度从第11天开始迅速下降，堆体温度符合国家《粪便无害化卫生标准(GB7959-87)》；堆肥结束后测得挥发性有机物和含水率较堆肥初期下降了13％和15％，分别为72％和53％。

Claims (1)

1.一种高温好氧堆肥分段氧气-温度反馈通风的自动控制方法，其特征在于该方法分为四个阶段：
阶段一：设置温度为25~30℃，将温度传感器插入堆体中心，接通控制器和传感器电源，堆体缓慢升温，当控制器判断堆体中心温度超过本阶段所设置温度时，堆肥过程进入阶段二；
阶段二：以阶段一设置的温度为本阶段下限温度、50~55 ℃为本阶段上限温度设置温度范围，氧气传感器读取堆体氧气浓度值，并通过调整步机电磁阀门开度来调整通风量，使堆体的氧气浓度值维持在8~15%，该阶段快速升温，1~3天达到本阶段所设置的上限温度，堆肥过程进入阶段三；
阶段三：以阶段二的上限温度为本阶段下限温度、55~65℃为本阶段上限温度设置温度范围，根据堆体温度控制通风量，使堆体温度在本阶段设置的温度范围内维持7~10天，完成堆体灭菌和有机质降解，进入阶段四；
阶段四：设置步进电磁阀门开度，从而控制堆体通风量，使堆体迅速脱水并降温至室温，该阶段时间为2~5天；
所述四个阶段中，由温度传感器和氧气传感器探测堆体内温度和氧气的实际值，并将信号传送至可编程逻辑控制器即PLC和上位组态控制软件，根据预先设定的工作控制参数自动调整步进电磁阀门开度，从而控制堆体通风量；所述工作控制参数在运行前根据物料性质的差异进行设定。
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