好氧堆肥环境控制现状综述

渊下转第33页冤ForumofSouthChina南方论坛2019年11月上堆肥是将粪尿与秸秆混合进行好氧发酵成有机肥料的过程遥统计结果表明袁当前我国有机肥料基础资源每年约57亿吨实物量袁其中畜禽粪尿约38亿吨(鲜)袁人粪尿约8亿吨(鲜)袁秸秆约10亿吨(风干)袁绿肥约1亿吨(鲜)袁饼肥约0.2亿吨(风干)[1]遥大量固体废弃物如果不处理将会对环境产生越来越严重的污染袁如果有效的处理则会改善环境尧改善土壤袁补充土壤的养分和有机质遥有效利用有机固体废弃物袁使其高效化分解袁对环境参数的控制十分重要遥自动化精确化堆肥是当下研究现状遥1国内自动化堆肥环境控制现状通风曝气是好氧堆肥成功的关键因素之一袁通风曝气可以控制温度尧湿度尧氧气浓度尧pH尧EC等环境遥目前袁有大量研究来进行堆肥环境控制袁张海波等[2]以温度为发酵过程被控变量袁以通风供气量为操纵变量袁以STC89C52单片机为主控单元袁以供气电磁阀为执行机构袁通过硬件电路和相关应用程序设计袁建立了堆肥好氧发酵过程时间要温度控制系统遥孙言岩等[3]建立了基于3G无线通讯的SACT污泥堆肥远程监控系统袁该系统实时监测和记录现场工况袁并以工艺参数为基准袁调节现场设备运行参数袁根据微生物生长状态实时调整发酵过程中的曝气尧引风条件袁该系统通过3G无线通讯将污泥堆肥现场的实时工况采集并根据工艺要求及现场实际数据袁实时计算并适时调整设备的工作参数遥姚娟[4-8]2010年研究了基于多线程的串口通信技术控制通风袁并在VC6下实现了该功能遥它主要完成对肥料堆体中的温度尧含水量和含氧量的实时监测袁进行采集信号的数字滤波袁再根据温度偏差和含氧量偏差袁来对风机进行控制遥2011年使用ModBus协议进行各设备之间的连接袁实现了堆肥监测控制系统的硬件及软件设计袁达到了较好的控制效果遥系统中主要包括温度传感器尧含水量传感器尧含氧量传感器尧数据采集板尧继电器尧风机等遥它主要完成对肥料堆体中的温度尧含水量和含氧量的实时监测袁进行采集信号的数字滤波袁再根据温度偏差和含氧量偏差袁通过对风机的控制袁使肥料堆体的环境达到最优袁进一步加快堆肥化的进程遥控制系统采用RS-485串口通信标准袁连接多台下位机(从机)袁每台下位机对1个堆体进行监控袁用来采集堆体的温度尧湿度和含氧量参数袁下位机I/O输出开关量袁控制继电器袁调节风机开闭时间袁控制堆体的温度和含氧量遥朱能武[5]等设计的系统中通风的控制采用温度传感器监测堆体不同高度层的温度变化袁将该模拟信号经A/D装置转换成数字信号传输到工业控制计算机袁经过程序加工袁依据设定的控制参数将信号经D/O转换后传递到驱动继电器和接触器控制风机的通断遥蒋金明[6]设计的垃圾堆肥自动控制系统中现场总线控制箱负责采集堆肥仓温度/湿度尧氧含量尧风管压力尧风机运行状态并控制鼓风机频率遥辛祥彬[7]设计了基于ZigBee无线自组网的堆肥发酵过程监控系统使用了Zigbee无线自组网络技术袁实现数据的低成本采集和汇聚遥朱能武[8]等采用MicrosoftVisualBasie语言袁结合Mi鄄crosoftAccess&Excel开发了一种堆肥自动控制系统软件(Temper鄄ature-Oxygen-Time,TOT)遥软件可实现基于温度尧排出气体含氧量和时间三因素对堆肥通风系统进行反馈式控制袁最高报警温度尧排出气体最低含氧量和阶段划分温度等均可自定义设置袁堆肥温度尧排出气体含氧量和pH值均可实时监测遥系统每10s刷新显示一次监测结果袁每1h自动保存当前采集数据袁利用Excel从数据库中读取数据方便对分析结果遥模拟运行结果表明袁软件能按照预定的要求控制风机开关袁能正确计算和记录各个阶段和风机的运行时间袁能有效地显示和保存数据遥结合Excel袁还能快捷地读取温度和含氧量的变化的数据尧绘制其变化曲线遥由上可见目前研究的环境控制系统对于环境的控制都比较单一袁仅控制某一项或两项环境参数还不能将生产效率达到最高袁应通过对环境的实时监测对多项环境参数进行控制袁方可提高堆肥效率和堆肥质量遥2精准堆肥环境控制现状在对多项环境参数进行控制时对收集到的数据进行分析袁可以比较精准的进行曝气袁提高了堆肥质量和效率遥在控制算法方面袁罗玮等[9]利用堆肥反应动力学袁以反应过程中涉及的关键控制因子院耗氧率尧温度尧含水率作为研究对象袁建立过程动力学模型袁为后续过程最优控制方案数据库的建立提供基础遥数学模型运用MATLAB软件工具对堆肥反应过程的关键控制因子院耗氧率尧温度尧含水率的变化在假定标准状态下进行仿真模拟袁同时结合实验数据进行对比分析堆肥反应过程的关键影响因子含水率尧耗氧量尧温度尧底物降解速率的大小遥张海红等[10]研究了堆肥发酵二段式氧-温度-湿度渊SOTM冤综合控制技术遥以单片机及远程控制计算机为核心袁进行了堆肥好氧发酵过程自动控