CN104183183A - 一种自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其包括发酵罐部分和监控部分，其中，所述发酵罐部分包括发酵罐、可变频鼓风机和流量计，所述流量计用以测量鼓风机的气体流量，所述可变频鼓风机的出口端与发酵罐底端连接，所述监控部分包括监测计算机、PLC控制板、变频器、温度、氧气、氨气、硫化氢探头，环境温湿度检测器、环境氨气和硫化氢检测器，所述监测计算机与PLC控制板连接。本发明系统能够自动智能控制发酵过程，可根据发酵过程发酵罐内的温度、氧气、氨气和硫化氢状况，反馈控制鼓风机变频运行和尾气引风机的运行，实现精准控温、智能供氧和致臭尾气的自动收集控制。

Description

一种自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统

技术领域

本发明涉及有机固体废弃物好氧发酵实验领域，尤其涉及一种自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统。

背景技术

随着人们环保认识的日益提高，我国的污水处理事业得到了快速发展，但污水处理量的快速增加也产生了大量的剩余污泥。如何妥善处置这些剩余污泥，已成为制约污水处理行业健康发展的瓶颈之一。污泥有机质含量高，富含氮、磷等营养元素，具有巨大的资源化潜力，但由于其含水率高(80％)且脱水困难，同时含有细菌、病原菌等菌体，容易腐化发臭污染环境。因此，如果不能妥善处理污泥，必然会对环境造成二次污染，降低污水处理的效果，造成“治水不治泥等于未治水”的局面。目前国内外的污泥处理方式主要有3种：填埋、焚烧和好氧发酵堆肥化处理后土地利用，其中填埋已经逐渐禁止，焚烧由于经济和技术原因发展受到一定的限制，因而堆肥处理成为污泥减量化、无害化和资源化的主要手段。

污泥好氧方式处理的难点主要是污泥粘度大，含水率高，导致通风曝气效果不佳，中国专利号为201210236199.9的城市污泥堆肥处理控制系统的专利，该控制系统包括混合器、输送器、翻堆器和设置在翻堆器进出口的进气/排气风机，可编程逻辑控制器、报警装置、温湿度控制器以及温湿度探头、温度传感器、氧气浓度传感器；其优点在于可以有效地控制污泥堆肥的发酵过程，达到加快发酵时间，提高发酵质量，改善发酵效率，简化操作过程等。

缺点是：1、缺乏对污泥发酵过程臭气的自动监测探头，未考虑监控发酵过程中产生和释放的氨气、硫化氢等臭气；2、没有注意发酵过程中氨气、硫化氢等致臭尾气的产生和排放对环境的影响，缺乏尾气的智能收集与外排处理系统，容易造成实验室内恶臭污染；3、没有实现自动变频控制鼓风机的运转，不能够根据发酵过程自动改变通风量，满足微生物发酵过程的需要，无法保证精准控温、智能供氧和快速脱水干化。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其包括发酵罐部分和监控部分，其中，所述发酵罐部分包括发酵罐、可变频鼓风机和流量计，所述流量计用以测量鼓风机的气体流量，所述可变频鼓风机的出口端与发酵罐底端连接，

所述监控部分包括监测计算机、PLC控制板、变频器、温度、氧气、氨气、硫化氢探头，环境温湿度检测器、环境氨气和硫化氢检测器，其中，所述监测计算机与PLC控制板连接，所述PLC控制板通过控制机构分别与所述可变频鼓风机和引风机相连接，自动分控控制发酵罐的进气和出气量；所述PLC控制板还与温度传感器，氧气、氨气和硫化氢检测器相连；

所述监测计算机能实时监测记录发酵罐中的通风曝气量，温度，氧气、氨气、硫化氢数据，同时可记录鼓风机、引风机、排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的运行和故障情况，并能实现鼓风机，引风机，排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的自动与手动控制转换。

进一步地，在所述发酵罐的顶部设置采样孔、温度、氧气、氨气、硫化氢探头插孔和尾气出口，在顶部的尾气出口上设置有引风机和排放管；

所述温度、氧气、氨气、硫化氢探头分别安装在发酵罐顶部设置的温度、氧气、氨气、硫化氢探头插孔中；通过相应的探头监测发酵罐内部的氧气、氨气和硫化氢数据，并将数据传输至监测计算机中。

进一步地，一温度探杆从所述温度探头插孔中插入发酵罐中，其能分别探测发酵罐中高点，中点，和低点温度，并将该温度信息传输至监测计算机中。

进一步地，所述监测计算机能实时监测并记录风机曝气量，发酵罐中的温度，氧气、氨气、硫化氢数据，同时可记录鼓风机、引风机、排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的的运行和故障情况，并能实现曝气风机，引风机，排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的自动与手动控制转换。

进一步地，在所述引风机一端连接一小型生物除臭装置，用以对发酵罐排出的含有氨气、硫化氢等致臭尾气的自动收集和处理。

进一步地，所述监控装置还与一室内臭气检测预警装置连接，在室内的温湿度、氨气和硫化氢的臭气浓度达到一定值时，向所述监控装置发送报警信息，并自动开启室内排风换气系统。

进一步地，还包括一控制柜，所述PLC控制板和监控计算机安装在该控制柜中，该控制柜上设置有控制操作屏。

与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明系统能够自动智能控制发酵过程，可根据发酵过程的温度、氧气、氨气和硫化氢状况，反馈控制鼓风机变频运行，实现精准控温和智能供氧，达到最合适的鼓风量，节约电能。

本发明系统可控制臭气的排放和污染，适当的时候自动开启引风机，避免臭气排放到空间环境中，如何有泄漏，还可以通过环境氨气和硫化氢监测器对环境的温湿度、氨气和硫化氢的浓度，自动适时开启除臭引风机和排风换气系统，控制发酵过程臭气释放量至规定的阈值以下，保证实验操作人员的工作环境。

附图说明

图1为本发明自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统的结构示意图；

图2为本发明发酵过程中堆体温度随时间变化图；

图3为本发明发酵过程中堆体氧气含量的变化图；

图4为本发明发酵过程中发酵时间与含水率的变化图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，能够实时了解和控制堆肥实验的相关情况，根据设定参数，使堆肥过程能够实现自动反馈控制，并能根据实验情况进行调整。在污泥发酵过程中，可以实现对发酵参数的实时监测，在既定参数下，可以实现系统的自动反馈控制，以保证堆肥系统按照设定方案运行，也可在特殊情况下，根据在线反馈数据及时修改发酵参数，保证堆肥系统的正常运行。

请参阅图1所示，其为本发明自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统的结构示意图；本发明系统包括发酵罐部分和监控部分，其中，所述发酵罐部分包括发酵罐、可变频鼓风机、布气室和流量计，所述流量计用以测量鼓风机、引风机的气体流量，所述可变频鼓风机的出口端与发酵罐底端连接，在所述发酵罐的顶部设置采样孔、温度、氧气、氨气、硫化氢探头插孔和尾气出口，在顶部的尾气出口上设置有引风机和排放管。

在本发明中，一温度探杆从所述温度探头插孔中插入发酵罐中，其能分别探测发酵罐中高点，中点，和低点温度，并将该温度信息传输至监控部分中。

所述监控部分包括监测计算机、PLC控制板、变频器、温度、氧气、氨气、硫化氢探头，环境温湿度检测器、环境氨气和硫化氢监测器，其中，所述监测计算机与PLC控制板连接，所述PLC控制板通过控制机构分别与所述可变频鼓风机和引风机相连接，分控控制发酵罐的进气和出气量；所述PLC控制板还与温度传感器，氧气、氨气、硫化氢检测器相连。

所述温度、氧气、氨气、硫化氢探头分别安装在发酵罐顶部设置的温度、氧气、氨气、硫化氢探头插孔中。通过相应的探头监测发酵罐内部的氧气、氨气和硫化氢数据，并将数据传输至监测计算机中。

所述变频器与所述可变频鼓风机连接，用以控制可变频鼓风机的转速；变频器与PLC控制板连接，用以对变频器进行控制，进而控制发酵罐中的进气量。

在监控部分还包括一控制器，其与设置在发酵罐顶部的温度探杆和底部的可变频鼓风机相连接，并且与实验室的换气系统相连。

在引风机一端连接一生物除臭装置，用以对发酵罐排出的致臭尾气进行收集处理。

所述监控装置还与一室内臭气检测预警装置连接，在室内的氨气和硫化氢浓度达到一定值时，向所述监控装置发送报警信息，并自动开启排风换气系统。

所述监测计算机能实时监测记录发酵过程中的鼓风曝气量，发酵罐中的温度，氧气、氨气、硫化氢数据，同时可记录鼓风机、引风机、排风扇，氧气、氨气和硫化氢检测器的运行和故障情况，并能实现曝气风机，引风机，排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的自动与手动控制转换。

通过所述监测计算机能完成堆肥系统的参数设置，以实现堆肥的自动控制，可对堆肥各个阶段进行不同的温度、氧气、氨气和硫化氢含量进行编程设置，其中可控参数有鼓风机的曝气间隔，曝气时长，鼓风机运行频率、引风机的开启间隔、开启时长。在堆肥过程中，可设置氧气、氨气和硫化自动检测过程，可设置参数有测量时长和测量间隔，以及自动监测与手动监测。

所述环境温湿度检测器、环境氨气和硫化氢检测器，可以自动监测环境的温湿度和空间的氨气和硫化氢含量，根据设定值进行报警，并自动开启排风扇进行换气作业。

所述系统还包括一个控制柜，PLC和监控计算机安装在该控制柜中，该控制柜上设置有控制操作屏。

下面通过实施例进行说明：

脱水污泥(含水率79.8％)和调理剂(含水率8％)按一定比例混合均匀，使得初始含水率为64％，将物料加入发酵罐中，插入温度探杆和臭气探杆，开启监控计算机上主发酵按钮，开始发酵过程。

要研究温度对污泥好氧发酵的影响及变化特点，对发酵设置为温度判断，控制发酵过程中的温度，设置高温期温度为55～65℃。

请参阅图2所示，其为本发明的发酵过程中堆体温度随时间变化图，由图可知，堆肥开始后，堆体温度迅速达到60℃以上，并经过短暂的降温后，出现二次升温现象，但温度都保持在55～65℃之间。堆肥初期温度上升很快，迅速升温至60℃以上，微生物活动受到抑制，堆体温度出现短暂下降，在此期间，嗜热微生物繁殖迅速，堆体出现二次升温现象，此后温度渐趋平稳，并缓慢下降至室温。在整个堆肥高温期中，堆体温度始终维持在55～65℃之间，证明自动控制系统有效，堆肥按照设定方案进行。

研究氧气对发酵过程的影响时，可设置为氧气判断，设置氧气含量为15％～19％，曝气时长1分钟。

请参阅图3所示，其为本发明发酵过程中发酵罐内氧气含量的变化图，图中曲线为两次曝气过程中氧气含量的变化，当氧气含量低于15％时，自动控制系统开启鼓风机开始曝气，氧气含量迅速上升，当曝气停止后，由于好氧微生物的消耗，氧气含量缓慢下降至低于15％时，重复上述曝气过程，维持堆体的氧气含量在设定值之内。实验过程中，由氧气判断的堆肥过程可行，堆肥系统按照设定值正常运行。

请参阅图4所示，其为本发明发酵过程中发酵时间与含水率的变化图，由图中可知，堆肥结束后，含水率从64％降到了43％左右，下降了21％，干化效果比较理想。自动化控制的好氧发酵系统实验方案设定下自动完成实验控制，在较为严格准确地实验条件下，实验取得了较好的结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其特征是，其包括发酵罐部分和监控部分，其中，

所述发酵罐部分包括发酵罐、可变频鼓风机和流量计，所述流量计用以测量鼓风机的气体流量，所述可变频鼓风机的出口端与发酵罐底端连接，

所述监控部分包括监测计算机、PLC控制板、变频器、温度、氧气、氨气、硫化氢探头，环境温湿度检测器、环境氨气和硫化氢检测器，其中，所述监测计算机与PLC控制板连接，所述PLC控制板通过控制机构分别与所述可变频鼓风机和引风机相连接，自动分控控制发酵罐的进气和出气量；所述PLC控制板还与温度传感器，氧气、氨气和硫化氢检测器相连；

所述监测计算机能实时监测记录发酵罐中的通风曝气量，温度，氧气、氨气、硫化氢数据，同时可记录鼓风机、引风机、排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的运行和故障情况，并能实现鼓风机，引风机，排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的自动与手动控制转换。

2.根据权利要求1所述的自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其特征是，在所述发酵罐的顶部设置采样孔、温度、氧气、氨气、硫化氢探头插孔和尾气出口，在顶部的尾气出口上设置有引风机和排放管；

所述温度、氧气、氨气、硫化氢探头分别安装在发酵罐顶部设置的温度、氧气、氨气、硫化氢探头插孔中；通过相应的探头监测发酵罐内部的氧气、氨气和硫化氢数据，并将数据传输至监测计算机中。

3.根据权利要求2所述的自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其特征是，一温度探杆从所述温度探头插孔中插入发酵罐中，其能分别探测发酵罐中的高点，中点，和低点温度，并将该温度信息传输至监测计算机中。

4.根据权利要求1所述的自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其特征是，所述监测计算机能实时监测并记录风机曝气量，发酵罐中的温度，氧气、氨气、硫化氢数据，同时可记录鼓风机、引风机、排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的的运行和故障情况，并能实现曝气风机，引风机，排风扇，氧气、氨气、硫化氢检测器的自动与手动控制转换。

5.根据权利要求2所述的自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其特征是，在所述引风机一端连接一小型生物除臭装置，用以对发酵罐排出的含有氨气、硫化氢等致臭尾气的自动收集和处理。

6.根据权利要求5所述的自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其特征是，所述监控装置还与一室内臭气检测预警装置连接，在室内的温湿度、氨气和硫化氢的臭气浓度达到一定值时，向所述监控装置发送报警信息，并自动开启室内排风换气系统。

7.根据权利要求2所述的自动化控制的污泥好氧发酵实验模拟系统，其特征是，还包括一控制柜，所述PLC控制板和监控计算机安装在该控制柜中，该控制柜上设置有控制操作屏。