CN112694357A - 一种基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，包括发酵箱，所述发酵箱内设置搅拌装置，发酵箱顶部设置照射装置，所述发酵箱内部还设置数据采集模块，发酵箱外部还设置控制模块，数据采集模块和控制模块通信连接；所述数据采集模块包括温度采集模块和湿度采集模块。本发明通过在发酵箱中安装有温度和湿度传感器、紫外辐射传感器，以及在发酵箱内安装搅拌装置和鼓风装置，可以调节发酵箱内的发酵条件为微生物生长繁殖的最适宜条件，从而得到肥力效果好，营养成分齐全，含量高的发酵肥。在控制器的屏幕可以观测到箱内温度、湿度以及紫外辐值的变化曲线以及实时数值，从而可以分析箱内变化过程。控制器把接收到的数据发送到远程服务器端口，便于远程遥测。
Description
技术领域
本发明涉及堆肥技术领域，具体涉及一种基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置。
背景技术
根据四环素类抗生素在堆肥过程中的降解规律，利用一级动力学方程进行描述降解过程，获取其相关性系数稳定规律，实现堆肥过程中四环素类抗生素的快速降解；根据不同堆肥处理的四环素(tetracycline，TTC)、土霉素(terramycin，0TC)、金霉素(aureomycin，CTC)等具有相似理化性质，利用光降解技术对堆肥中抗生素残留进行化学降解处理，在高温条件下有效去除畜禽粪便中的ARGs，再通过添加嗜热菌剂或杀灭肠道微生物的化学抑制剂，实现农牧粪便肥料化、能源化和饲料化的过程中抗生素残留减少或去除；从四种高温期的好氧堆肥(鸡粪+酒糟、猪粪+玉米秸秆、牛粪+稻秸、人粪尿+麦秸)中筛选高效稳定的纤维素降解菌株(A1、B1、C1、D1)，混合培养(A1D1、B1D1、C1D1)添加金霉素和土霉素进行驯化，通过反复筛选和驯化，再通过连续传代培养获得一组性能稳定的能快速分解纤维素(3d分解效率>90％)，获取高效降解金霉素和土霉素降解效率>50％)的复合菌系；抗生素的去除主要发生在堆体升温及高温阶段，去除效率随着堆体最高温度的升高而提高，而翻堆加机械通风的方式可以促进堆肥腐熟进程，通过对堆肥处理条件进行智能监控，提高堆体最高温度并延长堆体高温阶段持续时间；通过分离、筛选及堆肥工艺改良获取安全高效的抗生素降解菌株抑或酶制剂，并应用到畜禽粪便饲料化处理的过程中，选择合适的嗜热菌剂进行添加，嗜热菌剂能维持堆肥处理阶段微生物群落的稳定，保证高温持续较长时间达到杀灭携带ARGs的菌株和质粒且破坏残留抗生素化学结构的目的。
目前通过紫外光降解抗生素，是一种很环保节能的方式，但是也存在一定的问题，紫外光穿透率的问题，紫外光在液体中的穿透率还可以，在固体上，只能辐射物体表面，很难穿透猪粪中的介子，如果想提高穿透率，一、加大紫外灯功率，二、提高搅拌速率，但是这样会提高堆肥发酵处理成本。因此，提高紫外光穿透率是研究重点。
发明内容
本发明提出的一种基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，可实现提高紫外光穿透率的问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，包括发酵箱，所述发酵箱内设置搅拌装置，发酵箱顶部设置照射装置，所述发酵箱内部还设置数据采集模块，发酵箱外部还设置控制模块，数据采集模块和控制模块通信连接；
所述数据采集模块包括温度采集模块和湿度采集模块。
进一步的，所述控制模块包括控制器箱体，控制器箱体内部设置控制芯片，控制器箱体外部设置显示屏；
显示屏和控制芯片通信连。
进一步的，所述数据采集模块包括土壤温度传感器和土壤湿度传感器，所述土壤温度传感器和土壤湿度传感器分别设置在发酵箱底部，所述土壤温度传感器和土壤湿度传感器分别与控制器芯片通信连接。
进一步的，所述搅拌装置包括搅拌电机，搅拌电机设置在发酵箱的侧面，电机轴头伸入发酵箱的内部，并连接至设置在发酵箱内部的搅拌叶片上，用来实现对堆肥的均匀搅拌。
进一步的，所述照射装置设置在发酵箱上盖的内侧，所述照射装置为紫外灯管。
进一步的，所述数据采集模块包括紫外辐照传感器，所述紫外辐照传感器设置在紫外灯管下方10cm处。
进一步的，所述发酵箱侧面设置鼓风电机。
由上述技术方案可知，本发明的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，通过在发酵箱中安装有温度和湿度传感器、紫外辐射传感器，以及在发酵箱内安装搅拌装置和鼓风装置，可以调节发酵箱内的发酵条件为微生物生长繁殖的最适宜条件，从而得到肥力效果好，营养成分齐全，含量高的发酵肥。在控制器的屏幕可以观测到箱内温度、湿度以及紫外辐照亮的变化曲线以及实时数值，从而可以分析箱内变化过程。控制器把接收到的数据发送到远程服务器端口，便于远程遥测。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2发酵过程控制示意图；
图3是本发明的工作流程图；
图4是本发明的搅拌电机控制电路图。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1和图2所示，本实施例所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，包括发酵箱1，所述发酵箱1内设置搅拌装置2，发酵箱1顶部设置照射装置3，所述发酵箱1内部还设置数据采集模块，发酵箱1外部还设置控制模块4，数据采集模块和控制模块4通信连接；所述数据采集模块包括温度采集模块和湿度采集模块。
以下具体说明：
发酵箱1两侧，安装有搅拌电机21，电机轴头伸入发酵箱1内部，并连接至发酵箱内部的搅拌叶片22上，用来实现对堆肥的均匀搅拌；
所述发酵箱1顶部箱盖的内侧并排安装有四根紫外灯管，用于对堆肥的照射，在灯管下发10cm处安装有紫外辐传感器52，用于测量紫外灯管的辐照值；
所述发酵箱1左侧安装有鼓风电机6，用来调节箱体内部温度；
所述箱体背部安装有继电器，用于控制紫外灯管、搅拌电机和鼓风电机；
所述发酵箱1内部底层安装有紫外辐射传感器52、土壤温度传感器53和土壤湿度传感器51，可以测量堆肥的温度以及湿度；
装置配备主机控制器，所述控制器为长方形盒子，所述控制器顶部安装4.3寸液晶显示屏和8个物理按键，所述控制器内部安装控制芯片和无线通信装置，所述控制器一侧安装有数据端口和电源端口。继电器、温度传感器、湿度传感器以及紫外辐照传感器连接至控制器数据端口。
如图3所示，干湿分离猪粪，水分65％左右，加入过氧化氢溶液后放入EPP塑料箱体内，打开电机、紫外灯，均匀搅拌，照射数小时，降解猪粪中抗生素、杀死病原菌，然后关闭紫外灯、加入高温菌进行好氧发酵，根据箱体温度，系统开启风扇，保证氧气的供给，当系统检测堆体的温度经历三个阶段，升温期、高温持续期、降温期，直到温度接近室温温度，堆体水分在35％左右，猪粪发酵成功，即为有机肥。
如图4所示，搅拌电机控制电路模块包括增强型N沟道场效应管Q40和增强型P沟道场效应管Q60；场效应管Q40的栅极通过电阻R70连接核心处理器STM32的PE3引脚，场效应管Q40的漏极通过电阻R60连接12V电源；场效应管Q60的栅极、源极、漏极分别连接场效应管Q40的漏极、DC12V电源、风扇正极，场效应管Q40的源极和电扇负极均接地。本实施例中具体的，场效应管Q40的型号为KIA1N60H，场效应管Q60的型号为SI2333DS，电阻R70的阻值为150欧姆，电阻R60的阻值为10K欧姆。电路的具体原理如下：当程序控制核心处理器STM的PE3引脚输出高电平时，Q40的栅极为高电平，此时Q40导通，使得Q40的漏极为低电平，由于Q60的栅极和Q40的漏极接在一起，使得Q60的栅极G为低电平，使得Q60导通，风扇得电后启动。反之，当程序控制核心处理器STM32的PE3引脚输出高电平时，搅拌电机失电停止工作。紫外等控制模块和风扇电机模块的电路设计原理与搅拌电机控制电路模块的电路设计原理一样。
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 (10)
1.一种基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，包括发酵箱(1)，所述发酵箱(1)内设置搅拌装置(2)，发酵箱(1)顶部设置照射装置(3)，其特征在于：
所述发酵箱(1)内部还设置数据采集模块，发酵箱(1)外部还设置控制模块(4)，数据采集模块和控制模块(4)通信连接；
所述数据采集模块包括温度采集模块和湿度采集模块。
2.根据权利要求1所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：所述控制模块(4)包括控制器箱体，控制器箱体内部设置控制芯片，控制器箱体外部设置显示屏；
显示屏和控制芯片通信连。
3.根据权利要求1所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：所述数据采集模块包括土壤温度传感器(53)和土壤湿度传感器(51)，所述土壤温度传感器(53)和土壤湿度传感器(51)分别设置在发酵箱(1)底部，所述土壤温度传感器(53)和土壤湿度传感器(51)分别与控制器芯片通信连接。
4.根据权利要求1所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：所述搅拌装置(2)包括搅拌电机(21)，搅拌电机(21)设置在发酵箱(1)的侧面，电机轴头伸入发酵箱(1)的内部，并连接至设置在发酵箱(1)内部的搅拌叶片(22)上，用来实现对堆肥的均匀搅拌。
5.根据权利要求1所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：所述照射装置(3)设置在发酵箱(1)上盖的内侧，所述照射装置(3)为紫外灯管。
6.根据权利要求5所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：所述数据采集模块包括紫外辐照传感器(52)，所述紫外辐照传感器(52)设置在紫外灯管下方10cm处。
7.根据权利要求1所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：所述发酵箱侧面设置鼓风电机(6)。
8.根据权利要求4所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：所述搅拌电机(21)包括搅拌电机控制电路模块，所述搅拌电机控制电路模块包括增强型N沟道场效应管Q40和增强型P沟道场效应管Q60；
场效应管Q40的栅极通过电阻R70连接核心处理器STM32的PE3引脚，场效应管Q40的漏极通过电阻R60连接12V电源；场效应管Q60的栅极、源极、漏极分别连接场效应管Q40的漏极、DC12V电源、风扇正极，场效应管Q40的源极和电扇负极均接地。
9.根据权利要求8所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：
所述场效应管Q40的型号为KIA1N60H，场效应管Q60的型号为SI2333DS。
10.根据权利要求8所述的基于紫外光降解抗生素的高效堆肥发酵装置，其特征在于：
所述电阻R70的阻值为150欧姆，电阻R60的阻值为10K欧姆。
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