CN107541463B - 一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物发酵技术领域，尤其涉及一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置。本发明提供的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，包括厌氧发酵处理模块、总控制模块、与总控制模块连接的数据处理/发送模块、I/O控制模块、数据采集模块、人机交互模块及驱动传动模块，厌氧发酵处理模块包括依次连接的进样模块、清洗模块及加液/滴定模块，进样模块与清洗模块分别与I/O控制模块连接，加液/滴定模块与驱动传动模块连接，实现全自动化处理；总控制模块通过数据采集模块检测厌氧发酵的运行状态，并通过数据处理/发送模块发送至用户端，用户可通过用户端对整个装置进行远程监控及操作，实现远程在线预警、监控、运行状态诊断，以能保障厌氧发酵过程稳定性。

Description

一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，尤其涉及一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置。

背景技术

随着我国经济的中高速发展，物质生活质量的不断提升，人们对健康生活的追求愿望不断攀升，对肉蛋奶等畜牧产品的需求量越来越大。在强劲的市场需求下，我国规模化和集约化畜牧业、种植业得到迅速发展。数据表明，我国畜禽养殖业总产值年均增速16.1％，高于农业总产值13％的年均增速，2015年畜禽养殖业占我国农业总产值的比重达到48.6％。《中国统计年鉴》中对于生猪养殖业的统计数据表明，从2000年到2016年，我国年生猪出栏量从51862.3万头上升到70825万头，增长了36.56％。然而在满足人们对大量蛋奶肉等需求的同时，规模化畜禽养殖业也将产生大量的畜禽废弃物。2013年全国畜禽粪便污染总量达6.23亿吨，根据畜禽污染物年度产生系数计算，2017年将产生猪粪尿污染物共约7641亿吨。作为人畜食物来源的种植业，我国每年产生的农作物秸秆总量达到了全球秸秆总量的20％左右。据统计，2013年我国秸秆的资源总产量是9.9亿吨，可收集的资源理论量为8.3亿吨。由于农作物秸秆年产出量与消耗量的失衡，大量秸秆都被就地焚烧或者作为传统燃料，导致大量的资源浪费同时严重污染了环境。每年大量的畜禽废弃物和农作物秸秆如果处理不当，将会造成极大的能源浪费同时降低环境质量，成为放错地方的资源。

厌氧发酵技术能够将畜禽废弃物和农作物秸秆等有机废弃物实现资源化、无害化利用，可达到能源二次回收与环境保护的双重效果，是一种高效处理废弃物的途径。截至2013年，我国已建成处理农业废弃物的大型沼气工程5246处、中型沼气工程9767处，累计投资达253亿元，平均每处沼气工程投资约为168.5万元。对于沼气工程这种投资巨大，经济效益预期较高的系统，保障其良好运行在管理中尤为重要。但在实际生产运行中，沼气工程容易出现稳定性异常现象，一旦系统严重失稳，重新恢复不仅需要较大的资金投入，还需要较长的时间，更严重的甚至无法恢复。

当前，沼气工程普遍采用甲烷产量、产气速率、pH等常规指标表征发酵系统的稳定性。虽然这些指标便于监测，但因其具有滞后性往往在系统发生异常一段时间之后才会被发现。挥发性脂肪酸(VFA)质量浓度、碳酸氢盐碱度(TIC)和两者的比值(VFA/TIC)能够更真实准确地反映厌氧发酵系统的运行状态。

目前可以同时测定VFA和TIC两个指标的方法有近红外光谱法(NIRS)和滴定法。近红外光谱法尽管检测速度快，但限制于其较高成本和对操作人员严格的要求，难以应用到农业沼气工程的实际生产中。滴定法因其操作简单、准确性高、检测成本低和对检测环境要求低，在农业沼气工程中得到广泛应用。有学者基于单片微型计算机、虚拟仪器、嵌入式处理器设计开发出自动滴定装置，但由于未能充分考虑滴定法和自动控制仪器各自的特性要求，现有装置有许多亟待完善的地方。如徐昊等基于LabVIEW的虚拟光度滴定系统实现了滴定过程的自动化，但需要在滴定前向样品中手动添加酚酞指示剂，人工成本较高，且不适宜滴定沼液这种化学成分复杂的样品；赖明等基于PLC的自动滴液机由电子天平称重来判断滴定终点，精度达到0.01g，这也意味着容易受轻微震动的影响，对工作环境要求较高；陈新颖等规模化沼气工程总挥发酸与碳酸氢盐碱度的自动滴定装置无法实现自动取样和残渣清洗，未能真正实现全自动化，人工成本所占的投入比例较高。此外，目前商业化的滴定仪器的数据处理复杂，需要操作人员手动录入第三方软件Excel、Origin等完成；检测结果仅限于本地显示，无法及时通知检测人员，限制了工作时间和空间范围；缺乏专家系统，无法针对检测结果给出处理建议，专业程度较低；一旦发生运行异常，操作人员无法及时对沼气工程采取应急措施，容易造成安全事故和经济损失。因此，研发一种针对沼气工程挥发性脂肪酸质量浓度和碳酸氢盐碱度等指标监测的自动在线预警诊治装置具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是：提供一种设计合理、可以实现远程在线预警、监控、运行状态诊断且能保障厌氧发酵过程稳定性的全自动在线预警诊治装置，以解决现有的沼气工程存在指标监测滞后、自动化程度低及不能远程监控、操作的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置包括厌氧发酵处理模块、总控制模块、与所述总控制模块连接的数据处理/发送模块、I/O控制模块、数据采集模块、人机交互模块及驱动传动模块，所述厌氧发酵处理模块包括依次连接的进样模块、清洗模块及加液/滴定模块，所述进样模块与清洗模块分别与所述I/O控制模块连接，所述加液/滴定模块与所述驱动传动模块连接；所述总控制模块通过所述数据采集模块检测厌氧发酵的运行状态，并通过所述数据处理/发送模块发送至用户端，以便用户控制厌氧发酵的运行。

其中，所述总控制模块包括工业控制计算机，所述工业控制计算机设有应用程序和驱动程序，滴定过程和终点判断由所述应用程序自动控制。

其中，所述进样模块包括发酵塔、U型管及取样蠕动泵，所述取样蠕动泵将所述发酵塔中的沼液从所述发酵塔引出的U型管中泵出并通过管路输送到所述加液/滴定模块中。

其中，所述加液/滴定模块包括电磁搅拌器、反应池、滴定针、滴定管、三通电磁换向阀、储液瓶和透气阀；所述滴定管通过所述三通电磁换向阀分别与所述滴定针及储液瓶连接，所述沼液通过所述管路泵送至所述反应池内。

其中，所述加液/滴定模块还包括步进电机驱动器、步进电机、与所述三通电磁换向阀连接的精密位移平台，所述步进电机驱动器与所述驱动传动模块连接，所述步进电机驱动器控制所述步进电机运动，进而控制所述精密位移平台切换运动方向；所述三通电磁换向阀由所述工业控制计算机控制，在所述精密位移平台切换运动方向的瞬间通过所述驱动传动模块的I/O控制电平实现方向切换。

其中，所述电磁搅拌器位于所述反应池的下方，所述电磁搅拌器通过电磁继电器与所述驱动传动模块连接；所述工业控制计算机控制所述驱动传动模块的I/O口输出电平实现所述电磁继电器的开闭，进而实现所述电磁搅拌器的启停。

其中，所述数据采集模块包括pH传感器，所述pH传感器用于读取所述反应池内溶液的pH值和温度信号，并将读取的信息通过转接口发送至所述工业控制计算机中。

其中，所述清洗模块包括清洗泵、清洗喷头及排液蠕动泵，所述清洗泵与所述排液蠕动泵均通过继电器与所述驱动传动模块连接；所述清洗泵的一端与去离子水瓶连接，另一端与所述清洗喷头连接，所述清洗喷头用于冲洗所述反应池内的废液；所述排液蠕动泵的一端与所述反应池的排液口连接，另一端与废液缸连接，以将滴定结束后的废液排送到所述废液缸中。

其中，所述清洗模块还包括清洗刷电机及与所述清洗刷电机连接的清洗刷，所述清洗刷电机驱动所述清洗刷进一步清洗所述反应池内的残留液体。

其中，所述驱动传动模块包括运动控制器、端子板、步进电机驱动器及龙门模块；所述龙门模块包括安装架、垂直运动电机及水平运动电机，所述滴定针、清洗喷头及清洗刷均设于所述安装架上；所述垂直运动电机及水平运动电机分别与所述步进电机驱动器连接，所述运动控制器通过所述端子板将运动信号传送到所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器使所述垂直运动电机或水平运动电机运动从而带动所述安装架进行水平或垂直移动。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供了一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置包括厌氧发酵处理模块、总控制模块、与总控制模块连接的数据处理/发送模块、I/O控制模块、数据采集模块、人机交互模块及驱动传动模块，厌氧发酵处理模块包括依次连接的进样模块、清洗模块及加液/滴定模块，进样模块与清洗模块分别与I/O控制模块连接，加液/滴定模块与驱动传动模块连接；总控制模块通过数据采集模块检测厌氧发酵的运行状态，并通过数据处理/发送模块发送至用户端，以便用户控制厌氧发酵的运行。本申请提供的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，通过与总控制模块连接的I/O控制模块控制进样作业及清洗作业，通过与总控制模块连接的驱动传动模块控制加液滴定作业，实现全自动化处理，有效提高了处理效率及处理精度；同时，通过数据采集模块实时检测沼气工程的当前运行状态，并将该运行状态通过数据处理/发送模块发送至用户端，用户可通过用户端对整个装置进行远程监控及操作，实现远程在线预警、监控、运行状态诊断，以能保障厌氧发酵过程稳定性；另外，本申请提供的全自动在线预警诊治装置，结构简单，自动化程度高且有效提高了厌氧发酵过程的稳定性，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

附图说明

图1是本发明实施例一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置的结构示意图。

图中：1：用户端；2：基站；3：工业控制计算机；4：触摸显示屏；5：运动控制器；6：垂直运动电机；7：精密位移平台；8：水平运动电机；9：三通电磁换向阀；10：龙门模块；11：透气阀；12：储液瓶；13：氯化钾溶液；14：滴定针；15：反应池；16：电磁搅拌器；17：pH传感器；18：清洗刷；19：清洗喷头；20：排液蠕动泵；21：废液缸；22：发酵塔；23：U型管；24：取样蠕动泵；25：沼气工程运行电源；26：去离子水瓶；27：电磁继电器组；28：清洗泵；29：RS485转USB转向器；30：清洗刷电机；①：数据处理/发送模块；②：总控制模块；③：人机交互模块；④：驱动传动模块；⑤：加液/滴定模块；⑥：清洗模块；⑦：进样模块；⑧：I/O控制模块；⑨：数据采集模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置包括厌氧发酵处理模块、总控制模块②、与总控制模块②连接的数据处理/发送模块①、I/O控制模块⑧、数据采集模块⑨、人机交互模块③及驱动传动模块④，厌氧发酵处理模块包括依次连接的进样模块⑦、清洗模块⑥及加液/滴定模块⑤，进样模块⑦与清洗模块⑥分别与I/O控制模块⑧连接，加液/滴定模块⑤与驱动传动模块④连接，如此，通过与总控制模块②连接的I/O控制模块⑧控制进样作业及清洗作业，通过与总控制模块②连接的驱动传动模块④控制加液滴定作业，实现全自动化处理，有效提高了处理效率及处理精度；总控制模块②通过数据采集模块⑨检测厌氧发酵的运行状态，并通过数据处理/发送模块①发送至用户端1，以便用户控制厌氧发酵的运行。其中，厌氧发酵处理模块还包括用于提供电源的沼气工程运行电源25，设于I/O控制模块⑧与进样模块⑦之间。I/O控制模块⑧内设有电磁继电器组27，用于与取样蠕动泵24、排液蠕动泵20、清洗泵28及清洗刷电机30连接。

采用本申请提供的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，通过数据采集模块实时检测沼气工程的当前运行状态，并将该运行状态通过数据处理/发送模块发送至用户端1，用户可通过用户端1对整个装置进行远程监控及操作，实现远程在线预警、监控、运行状态诊断，以能保障厌氧发酵过程稳定性；另外，本申请提供的全自动在线预警诊治装置，结构简单，自动化程度高且有效提高了厌氧发酵过程的稳定性，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

其中，人机交互模块③选用触摸显示屏4，特别优选的，在本实施例中，人机交互模块③选用12寸工业触摸显示屏4作为硬件支撑，不仅可以显示滴定过程中的pH值曲线、VFA值、TIC值和异常报警，可以替代鼠标和键盘实现用户登录、对运行过程操作和参数设置，同时也可以将pH值曲线一键保存图片、VFA值和TIC值历史数据一键导出Excel。进一步优选的，采用C#语言编辑绘制人机界面，采用合理的界面布局、按钮形状及颜色搭配，给人以良好的视觉感受。

其中，数据处理/发送模块包括基站2，总控制模块将数据采集模块实时检测沼气工程的当前运行状态通过基站2发送至用户端1，并通过基站2将用户下达的指令传回总控制模块。

优选的，数据处理/发送模块①由C#编辑的程序作为载体，以中国网建的短信通作为技术支撑。根据Nordmann滴定法的原理，将算法嵌入到程序中，可以得到碱度RTIC和挥发酸RVFA的实际值分别为：

RTIC＝5000V1/V

RVFA＝16600(V1-V2)/V-75

式中V为样品体积，单位为mL；V1为pH值从初始值滴定到5.0时消耗酸的体积，单位为mL；V2为pH值从5.0滴定到4.4时消耗酸的体积，单位为mL。

基于Nordmann滴定法测得的农业沼气工程厌氧发酵过程中的酸碱值(pH)、总挥发酸(VFA)质量浓度和碳酸氢盐(TIC)质量浓度能自动添加到人机交互模块中的人机界面的历史数据中，历史数据表可一键导成Excel方便数据处理，与现有的需要人工输入到第三方软件的滴定装置相比便捷度得到较大提高。滴定过程中的pH值可一键保存成不同格式的图片，可方便的添加到Word、PowerPoint中使用。

优选的，总控制模块②包括工业控制计算机3，工业控制计算机3设有应用程序和驱动程序，滴定过程和终点判断由应用程序自动控制，自动化程度高，有效提高了处理效率及处理精度。在本实施例中，工业控制计算机3内还嵌入专家系统，其中，专家系统可根据数据采集模块得到的检测结果来判断沼气工程的运行状态，将检测结果、运行状态及给出的对应的处理建议通过网络发送到用户端1。如此，用户可参考处理建议回复以控制其沼气工程的运行，使用户不受时间、空间限制，方便、快捷地掌控其沼气工程的运行。

基于嵌入的专家系统，本申请提供的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置不但可以测得pH、VFA、TIC等数据，还可以显示厌氧发酵系统的运行状态，并根据运行状态提出不同的处理建议供用户参考。

进一步地，利用数据处理/发送模块①的网络可将检测的pH、VFA、TIC等数据和运行状态、处理建议等发送到用户指定手机端，方便用户实时掌握其沼气工程的运行状态。同时利用信息回复功能，用户可根据提示回复相应信息以控制沼气工程进样模块和发酵塔22搅拌系统的运行。本装置还设有恢复运行确认功能，即在预设开始运行前会向用户发送恢复运行确认信息，系统在接收到相应信息后才开始做出反应，使控制沼气工程运行的最高权限掌握在用户手中。

其中，进样模块⑦包括发酵塔22、U型管23及取样蠕动泵24，取样蠕动泵24将发酵塔22中的沼液从发酵塔22引出的U型管23中泵出并通过管路输送到加液/滴定模块中，以实现自动取样，有效解决了人工取样限制样品测量时间及增加操作人员的实验负担的问题。具体地，本申请提供的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置利用取样蠕动泵24将沼液通过硅胶管从发酵塔22引出的U型管23中泵送到反应池15中。其中，发酵塔22上的U型管23贯穿至发酵塔22内部，发酵塔22的搅拌使沼液沼渣在U型管23内不断流动，其内部沼液的理化性质与发酵塔22内部的一致；U型设计缓冲了搅拌产生的巨大冲击力，方便取样蠕动泵24精确取样。

特别的，每次取样检测前先对反应池15用沼液进行润洗，以保证检测结果准确性。每次取样结束后取样蠕动泵24反转，将取样管中残余的沼液退回U型管23，使其再次进入发酵系统。

具体地，加液/滴定模块⑤包括电磁搅拌器16、反应池15、滴定针14、滴定管、三通电磁换向阀9、储液瓶12和透气阀11；滴定管通过三通电磁换向阀9分别与滴定针14及储液瓶12连接，沼液通过管路泵送至反应池15内。其中，储液瓶12内装的是稀硫酸；反应池15根据取样体积、pH传感器17体积、转子体积、需加滴定液体积、清洗便捷度综合考虑设计，在本实施例中，反应池15的形状设计为下细上粗，使开始滴定时pH传感器17能测得参数，而在滴定后期液面上升速度减慢。

优选的，滴定管中滴定液体积由工业控制计算机3中的程序经计算精密位移平台7的运行脉冲得出，能准确判断滴定管活塞的位置，精确掌握加液时间，同时替代了限位传感器的使用可降低成本。利用程序人工排空滴定管和管道中的气泡，减小了误差。

进一步地，加液/滴定模块⑤还包括步进电机驱动器、步进电机、与三通电磁换向阀9连接的精密位移平台7，步进电机驱动器与驱动传动模块连接，步进电机驱动器控制步进电机运动，进而控制精密位移平台7切换运动方向；三通电磁换向阀9由工业控制计算机3控制，在精密位移平台7切换运动方向的瞬间通过驱动传动模块④的I/O控制电平实现方向切换。

优选的，注射器作为滴定管的管体通过离墙码固定在精密位移平台7上的步进电机端，活塞固定在移动滑块端，由步进电机的圆周运动转换成活塞的直线往复运动，实现加液/滴定功能。三通电磁换向阀9由工业控制计算机3精确控制，在精密位移平台7上切换运动方向的瞬间通过I/O口控制电平实现方向瞬时切换，以实现精确控制。

具体地，电磁搅拌器16位于反应池15的下方，电磁搅拌器16通过电磁继电器与驱动传动模块连接；工业控制计算机3控制驱动传动模块的I/O口输出电平实现电磁继电器的开闭，进而实现电磁搅拌器16的启停。在本实施例中，电磁搅拌器16优选用FlatSpin电磁搅拌器16，需接220V交流电压，中间通过电磁继电器与驱动传动模块中运动控制器5的端子板的I/O口相连，通过C#编辑的程序控制I/O口输出电平实现电磁继电器的开闭，从而实现电磁搅拌器16的运行或停止。

具体地，数据采集模块⑨包括pH传感器17，pH传感器17用于读取反应池15内溶液的pH值和温度信号，并将读取的信息通过转接口发送至工业控制计算机3中。优选的，在本实施例中，pH传感器17选用工业在线pH数字式传感器，转接口选用RS485转USB转向器29，数据采集模块内还嵌入C#编辑的串口通讯程序。pH数字式传感器可实时读取反应池15中的pH值和温度信号并将模拟信号转换成数字信号后，通过RS485直接传输到带有RS485接口的工业控制计算机3，或通过RS485转USB/RS232转接口传输到串口通讯程序，或也可通过转接口转换成RS232或USB等其他接口与工业控制计算机3通讯，连接更加便捷。本申请提高的装置直接采用数字式传感器，可避开滤波硬件和程序的使用，以数字信号传输保证数据传输的稳定性和准确性。由于pH电极在长期不用时需要浸在氯化钾溶液13中的化学特性，结合本装置中pH数字式传感器工作时间，为其准备的氯化钾溶液13保障了pH电极的活性，使测得的数据更加准确。

优选的，滴定针14末端与pH传感器17末端保持在同一水平面上，使滴定针14的针头浸在液面以下，保证滴定针14针头处滴出的每一滴滴定液都能融入反应液而不会悬挂在上面造成误差。

特别的，本申请提供的装置设有两个级别的报警，一级报警通过比较pH0和预设的pH0’参数作比较，如果前者小于后者，则触发一级报警；二级报警则根据最终测得的VFA/TIC判断，当VFA/TIC<0.4时，表明系统缓冲能力强，能够适应一定程度的VFA波动，pH值变化不大；当VFA/TIC在0.4-0.8之间时，说明系统在高有机负荷下运行，系统缓冲能力减弱，继续运行存在酸化的风险；当VFA/TIC>0.8时，表明系统即将或已经发生酸化现象。一级报警能够更及时提醒用户，二级报警则可以达到更准确的报警效果。

具体地，清洗模块⑥包括清洗泵28、清洗喷头19及排液蠕动泵20，清洗泵28与排液蠕动泵20均通过继电器与驱动传动模块连接，具体地，清洗泵28与排液蠕动泵20均通过继电器与驱动传动模块的端子板连接，通过C#编辑的程序控制I/O口电平进而控制清洗泵28与排液蠕动泵20的运转与停止；清洗泵28的一端与去离子水瓶26连接，另一端与清洗喷头19连接，清洗喷头19用于冲洗反应池15内的废液，优选地，清洗泵28的两端均通过PVC管分别与去离子水瓶26及清洗喷头19连接，清洗泵28可提供强大的压力以将反应池15内的废液冲洗干净；排液蠕动泵20的一端与反应池15的排液口连接，另一端与废液缸21连接，以将滴定结束后的废液排送到废液缸21中。排液蠕动泵20的供电和控制方式同清洗泵28，优选的，排液蠕动泵20的两端均通过硅胶管分别与反应池15的排液口及废液缸21连接，运转时产生的负压可以将滴定结束后的废液排送到废液缸21中。特别的，排液蠕动泵20停止运行时由于本身的物理特性对反应池15的排液口起到密封作用，使滴定过程中反应池15内的液体不会通过排液口流失。

进一步地，为提高反应池15内残留液体的清洗效果，以保障检测结果的精度，清洗模块⑥还包括清洗刷电机30及与清洗刷电机30连接的清洗刷18，清洗刷电机30驱动清洗刷18进一步清洗反应池15内的残留液体。结构简单，设计简便，且清洗效果好。

其中，驱动传动模块④包括运动控制器5、端子板、步进电机驱动器及龙门模块10；龙门模块10包括安装架、垂直运动电机6及水平运动电机8，滴定针14、清洗喷头19及清洗刷18均设于安装架上；垂直运动电机6及水平运动电机8分别与步进电机驱动器连接，运动控制器5通过端子板将运动信号传送到步进电机驱动器，步进电机驱动器使垂直运动电机6或水平运动电机8运动从而带动安装架进行水平或垂直移动。在本实施例中，端子板优选采用4轴端子板；滴定针14、清洗喷头19及清洗刷18均通过刚性配件悬挂到龙门模块10的安装架上的移动滑块上，由龙门模块10上的电机轴圆周运动转换成二维平面内的移动。除此之外，pH传感器17也可通过pH传感器17，如此，运动控制器5通过端子板将运动信号传送到步进电机驱动器，步进电机驱动器使龙门模块10上的步进电机产生运动从而带动pH传感器17、滴定针14、清洗喷头19及清洗刷18等悬挂物实现在二维平面内的位移。另外，上述pH传感器17、滴定针14、清洗喷头19及清洗刷18等悬挂物通过合理的空间分布，能分别进入反应池15而不发生碰撞。

优选实施例：

采用本申请提供的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其使用过程如下：

I/O控制模块⑧控制取样蠕动泵24正转一定脉冲，将与发酵塔22相通的U型管23内的沼液泵入反应池15，龙门系统10移动使清洗喷头19进入反应池15，清洗泵28和排液蠕动泵20开始工作将沼液排出反应池15。I/O控制模块⑧控制取样蠕动泵24再次正转一定脉冲取20mL样品，再反转使管道中的沼液退回发酵塔22。龙门系统10移动使pH传感器17浸入到沼液中，测得的pH0值为8.49并将其添加到历史数据中。8.49大于设定的pH0参数6.50，则屏幕上不会显示一级报警。电磁换向阀9滴定方向打开，精密位移平台7开始正转，使稀硫酸通过滴定针14进入反应池15。pH传感器17在每次滴定结束后采集pH信号与滴定终点值作比较，直到滴定到预设终点。在滴定管内的稀硫酸滴完后电磁换向阀9加液方向打开，精密位移平台7开始反转使滴定管加满。pH传感器17在整个滴定过程中每隔一分钟采集一次信号并绘制成pH值曲线显示到触摸显示屏4上。在pH值滴定到5.00时计算出TIC的数值为25965.5mgCaCO₃/L，添加到历史数据中；在pH值滴定到4.40时计算出VFA的数值为1941.9mgCH₃COOH/L，添加到历史数据中；计算VFA/TIC为0.075，添加到历史数据中。研究表明，当VFA/TIC<0.4时，表明系统缓冲能力强，能够适应一定程度的VFA波动，pH值变化不大；当VFA/TIC在0.4-0.8之间时，说明系统在高有机负荷下运行，系统缓冲能力减弱，继续运行存在酸化的风险；当VFA/TIC>0.8时，表明系统即将或已经发生酸化现。本次测试的值为0.075表明系统缓冲能力强，运行状态良好，经专家系统处理后建议继续维持现有操作。数据发送程序将VFA/TIC数值、运行状态和处理建议通过网络发送到客户手机端。同时，在滴定结束后开启清洗程序，清洗喷头19和排液蠕动泵20协同工作将废液从反应池15排入到废液缸21中；清洗刷18对反应池15内壁进行清洗；清洗喷头19和排液蠕动泵20再次冲洗；到达预设清洗时间后排液蠕动泵20停止运行，清洗喷头19向反应池15内加入100mL去离子水，将pH传感器17再次移入反应池15测得pH值为6.25，系统视为清洗干净，排液蠕动泵20将100mL去离子水排入废液缸21，pH传感器17移入氯化钾溶液13，清洗完成。至此一次样品检测结束。

综上所述，本发明提供了一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置包括厌氧发酵处理模块、总控制模块、与总控制模块连接的数据处理/发送模块、I/O控制模块、数据采集模块、人机交互模块及驱动传动模块，厌氧发酵处理模块包括依次连接的进样模块、清洗模块及加液/滴定模块，进样模块与清洗模块分别与I/O控制模块连接，加液/滴定模块与驱动传动模块连接；总控制模块通过数据采集模块检测厌氧发酵的运行状态，并通过数据处理/发送模块发送至用户端，以便用户控制厌氧发酵的运行。本申请提供的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，通过与总控制模块连接的I/O控制模块控制进样作业及清洗作业，通过与总控制模块连接的驱动传动模块控制加液滴定作业，实现全自动化处理，有效提高了处理效率及处理精度；同时，通过数据采集模块实时检测沼气工程的当前运行状态，并将该运行状态通过数据处理/发送模块发送至用户端，用户可通过用户端对整个装置进行远程监控及操作，实现远程在线预警、监控、运行状态诊断，以能保障厌氧发酵过程稳定性；另外，本申请提供的全自动在线预警诊治装置，结构简单，自动化程度高且有效提高了厌氧发酵过程的稳定性，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其特征在于：包括厌氧发酵处理模块、总控制模块、与所述总控制模块连接的数据处理/发送模块、I/O控制模块、数据采集模块、人机交互模块及驱动传动模块，所述厌氧发酵处理模块包括依次连接的进样模块、清洗模块及加液/滴定模块，所述进样模块与清洗模块分别与所述I/O控制模块连接，所述加液/滴定模块与所述驱动传动模块连接；所述总控制模块通过所述数据采集模块检测厌氧发酵的运行状态，并通过所述数据处理/发送模块发送至用户端，以便用户控制厌氧发酵的运行；所述进样模块包括发酵塔、U型管及取样蠕动泵，所述取样蠕动泵将所述发酵塔中的沼液从所述发酵塔引出的U型管中泵出并通过管路输送到所述加液/滴定模块中；所述加液/滴定模块包括电磁搅拌器、反应池、滴定针、滴定管、三通电磁换向阀、储液瓶和透气阀；所述滴定管通过所述三通电磁换向阀分别与所述滴定针及储液瓶连接，所述沼液通过所述管路泵送至所述反应池内。

2.根据权利要求1所述的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其特征在于：所述总控制模块包括工业控制计算机，所述工业控制计算机设有应用程序和驱动程序，滴定过程和终点判断由所述应用程序自动控制。

3.根据权利要求2所述的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其特征在于：所述加液/滴定模块还包括步进电机驱动器、步进电机、与所述三通电磁换向阀连接的精密位移平台，所述步进电机驱动器与所述驱动传动模块连接，所述步进电机驱动器控制所述步进电机运动，进而控制所述精密位移平台切换运动方向；所述三通电磁换向阀由所述工业控制计算机控制，在所述精密位移平台切换运动方向的瞬间通过所述驱动传动模块的I/O控制电平实现方向切换。

4.根据权利要求3所述的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其特征在于：所述电磁搅拌器位于所述反应池的下方，所述电磁搅拌器通过电磁继电器与所述驱动传动模块连接；所述工业控制计算机控制所述驱动传动模块的I/O口输出电平实现所述电磁继电器的开闭，进而实现所述电磁搅拌器的启停。

5.根据权利要求2所述的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其特征在于：所述数据采集模块包括PH传感器，所述PH传感器用于读取所述反应池内溶液的PH值和温度信号，并将读取的信息通过转接口发送至所述工业控制计算机中。

6.根据权利要求2所述的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其特征在于：所述清洗模块包括清洗泵、清洗喷头及排液蠕动泵，所述清洗泵与所述排液蠕动泵均通过继电器与所述驱动传动模块连接；所述清洗泵的一端与去离子水瓶连接，另一端与所述清洗喷头连接，所述清洗喷头用于冲洗所述反应池内的废液；所述排液蠕动泵的一端与所述反应池的排液口连接，另一端与废液缸连接，以将滴定结束后的废液排送到所述废液缸中。

7.根据权利要求6所述的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其特征在于：所述清洗模块还包括清洗刷电机及与所述清洗刷电机连接的清洗刷，所述清洗刷电机驱动所述清洗刷进一步清洗所述反应池内的残留液体。

8.根据权利要求7所述的厌氧发酵全自动在线预警诊治装置，其特征在于：所述驱动传动模块包括运动控制器、端子板、步进电机驱动器及龙门模块；所述龙门模块包括安装架、垂直运动电机及水平运动电机，所述滴定针、清洗喷头及清洗刷均设于所述安装架上；所述垂直运动电机及水平运动电机分别与所述步进电机驱动器连接，所述运动控制器通过所述端子板将运动信号传送到所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器使所述垂直运动电机或水平运动电机运动从而带动所述安装架进行水平或垂直移动。