本发明涉及有机废弃物处理技术领域，特别是涉及一种有机废弃物好氧发酵生化反应动力学原位监测装置。
背景技术：
随着城镇化和新农村建设的快速发展，带来大量新增有机废物，有机废物的无害化处理已成为当前环境治理领域必须要解决的迫切问题。好氧发酵是目前有机废物无害化处理的主导技术，以往的堆肥装置，缺乏对碳、氮和硫等生化反应的基本元素的在线检测装置，导致无法及时、准确的模拟出生化反应的过程，从而不能实现对堆肥过程的模拟和预测。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种具有提高有机废弃物处理生化反应监测效率的有机废弃物好氧发酵生化反应动力学原位监测装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种有机废弃物好氧发酵生化反应动力学原位监测装置，包括：
发酵反应装置，用于有机废弃物好氧发酵；复合检测仪，用于对有机废弃物好氧发酵过程中的温度、水分、氧气、氨气和硫化氢进行检测；控制装置，用于控制并监测有机废弃物好氧发酵进程；
所述复合检测仪包括温度检测仪、氧气检测仪、水分检测仪、第一氨气检测仪和第一硫化氢检测仪；所述温度检测仪的探头部、所述氧气检测仪的探头部、所述水分检测仪的探头部、所述第一氨气检测仪的探头部、所述第一硫化氢检测仪的探头部分别插入所述发酵反应装置的反应腔体内；所述温度检测仪的信号处理部、所述氧气检测仪的信号处理部、所述水分检测仪的信号处理部、所述第一氨气检测仪的信号处理部、所述第一硫化氢检测仪的信号处理部分别与所述控制装置电连接。
可选的，所述发酵反应装置包括：布气系统，用于对有机废弃物提供气体；反应腔，用于盛放有机废弃物，并在所述反应腔中发生有机废弃物好氧发酵生化反应；
所述布气系统，具体包括：布气室、布气板和布气装置；
所述布气装置与所述布气室通过第一管道连接；所述布气室、所述布气板和所述反应腔均设置在好氧发酵罐中；所述布气板将所述好氧发酵罐内部分割成布气室和反应腔；所述反应腔位于所述布气板上方，所述布气室位于所述布气板下方；所述布气室、所述反应腔与所述布气板的中心轴线重合；所述布气板上设置有多个布气孔，用于将所述布气装置输送的气体由下至上输送至所述反应腔内。
可选的，所述布气装置，具体包括：风机、压力表、流量计和加湿器；
所述风机与所述加湿器通过第二管道连接；所述压力表和所述流量计设置在所述第二管道上；所述加湿器与所述布气室通过所述第一管道连接。
可选的，所述发酵反应装置，还包括：除臭装置；所述除臭装置与所述反应腔通过第三管道连接，用于处理所述反应腔内产生的气体；
所述除臭装置，具体包括：冷凝器，所述冷凝器的第一顶部端口与所述反应腔通过所述第三管道连接，用于冷凝所述反应腔内产生的气体；液体收集装置，与所述冷凝器的底部端口连接，用于收集冷凝所述反应腔内产生的气体后得到的液体；尾气处理装置，所述尾气处理装置与所述冷凝器的第二顶部端口通过所述第四管道连接，用于处理未冷却的所述反应腔内产生的气体。
可选的，尾气处理装置，具体包括：第二氨气检测仪、第二硫化氢检测仪、第五管道、第五管道阀门、第六管道和第六管道阀门；
所述第二氨气检测仪的探头部插入所述第四管道内；所述第二氨气检测仪的信号处理部与所述控制装置电连接；所述第二氨气检测仪用于检测所述未冷却的所述反应腔内产生的气体中氨气的浓度；
所述第二硫化氢检测仪的探头部插入所述第四管道内；所述第二硫化氢检测仪的信号处理部与所述控制装置电连接；所述第二硫化氢检测仪用于检测所述未冷却的所述反应腔内产生的气体中硫化氢的浓度；
所述第五管道阀门与所述控制装置电连接；所述控制装置控制所述第五管道阀门在所述未冷却的所述反应腔内产生的气体中氨气的浓度或者所述未冷却的所述反应腔内产生的气体中硫化氢的浓度未达到预设标准的浓度时开启；所述第五管道阀门设置在所述第五管道内；所述第五管道的一端与所述第四管道连接，另一端与所述反应腔体连接，用于将所述第四管道排出的气体输送至反应腔体内；
所述第六管道阀门与所述控制装置电连接；所述控制装置控制所述第六管道阀门在所述未冷却的所述反应腔内产生的气体中氨气的浓度或者所述未冷却的所述反应腔内产生的气体中硫化氢的浓度达到预设标准的浓度时开启；所述第六管道阀门设置在所述第六管道内；所述第六管道用于排放所述第四管道内的气体。
可选的，所述控制装置，具体包括：
plc可编程控制器，所述plc可编程控制器分别与所述温度检测仪的信号处理部、所述氧气检测仪的信号处理部、所述水分检测仪的信号处理部、所述第一氨气检测仪的信号处理部和所述第一硫化氢检测仪的信号处理部连接；所述plc可编程控制器用于对所述有机废弃物好氧发酵过程中的温度、水分、氧气、氨气和硫化氢数据进行a/d转化，将所得数字信号传输至工控机，并根据工控机发送的指令控制所述风机的通风流量；
所述工控机，与所述plc可编程控制器连接，用于对所述plc可编程控制器传输的温度、水分、氧气、氨气和硫化氢数据进行分析和存储，并根据所述有机废弃物好氧发酵过程中的温度值和氧气浓度将所述风机的通风流量控制信号传输至所述plc可编程控制器；
显示屏，所述显示屏与所述工控机连接；用于显示所述有机废弃物好氧发酵过程中温度变化规律，水分变化趋势，氧气分布与氧气消耗特征，氨气和硫化氢挥发与释放行为。
可选的，所述温度检测仪的探头部为温度探头；所述温度探头内置温度传感器；温度检测仪的信号处理部为温度信号变送器；所述温度探头与所述温度信号变送器连接；所述温度探头设置在所述反应腔内；所述温度探头信号变送器与所述plc可编程控制器连接；
所述氧气检测仪的探头部为氧气探头，氧气检测仪的信号处理部为氧气信号变送器；所述氧气探头通过气体预处理系统与氧气传感器连接；所述氧气传感器与所述氧气信号变送器连接；所述气体预处理系统用于对通入的气体除湿；所述氧气探头设置在所述反应腔内；所述氧气信号变送器与所述plc可编程控制器连接；
所述水分检测仪的探头部为水分探头；所述水分探头内置多个水分传感器；水分检测仪的信号处理部为水分信号变送器；所述水分探头与所述水分信号变送器连接；所述水分探头设置在所述反应腔内；所述水分探头与所述水分信号变送器连接；所述水分信号变送器与所述plc可编程控制器连接；
所述第一氨气检测仪的探头部为第一氨气探头，第一氨气检测仪的信号处理部为第一氨气信号变送器；所述第一氨气探头通过气体预处理系统与第一氨气传感器连接；所述第一氨气传感器与所述第一氨气信号变送器连接；所述气体预处理系统用于对所述气体除湿；所述第一氨气探头设置在所述反应腔内；所述第一氨气信号变送器与所述plc可编程控制器连接；
所述第一硫化氢检测仪的探头部为第一硫化氢探头，第一硫化氢检测仪的信号处理部为第一硫化氢信号变送器；所述第一硫化氢探头通过气体预处理系统与第一硫化氢传感器连接；所述第一硫化氢传感器与所述第一硫化氢信号变送器连接；所述气体预处理系统用于对所述气体除湿；所述第一硫化氢探头设置在所述反应腔内；所述第一硫化氢信号变送器与所述plc可编程控制器连接。
可选的，所述氧气探头、所述第一氨气探头与所述第一硫化氢探头均内置有聚四氟乙烯导管和加热装置；所述聚四氟乙烯导管用于通入所述反应腔内的气体，所述加热装置用于对所述通入的气体进行加热；
所述氧气预处理系统、所述氨气预处理系统和所述硫化氢预处理系统均为除湿器；所述除湿器用于对通入的加热后的气体进行除湿。
可选的，所述除湿器、所述氧气传感器、所述第一氨气传感器、所述第一硫化氢传感器、所述温度信号变送器、所述氧气信号变送器、所述水分信号变送器、所述氨气信号变送器、所述硫化氢信号变送器、所述plc可编程控制器、所述工控机均设置在所述控制柜内。
可选的，所述温度探头个数为3个，分别插入所述反应腔侧壁的上部、中部和下部的探头预留孔中；
所述氧气探头个数为4个，分别插入所述反应腔侧壁的上部、中部、下部的探头预留孔中，以及插入所述反应腔顶壁的探头预留孔中；
所述水分探头个数为1个，所述水分探头插入所述反应腔顶壁的探头预留孔中；所述水分探头内置的多个水分传感器分别位于所述反应腔内的上部、中部和下部；
所述第一氨气探头个数为1个，插入所述反应腔侧壁的上部探头预留孔中；
所述第一硫化氢探头个数为1个，插入所述反应腔侧壁的上部探头预留孔中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种有机废弃物好氧发酵生化反应动力学原位监测装置，通过原位调控废弃物处理温度、氧气、水分和臭气分布的参数，结合温度、氧气、臭气和水分探头对微生物活性和存活介质条件、有机废弃物生化反应过程的动力学特性进行监测，揭示无害化过程有机物降解规律、氧气分布与消耗特征、水分变化趋势、致臭物质挥发与释放行为，实现微生物降解有机废弃物的高效率生化反应，提高了有机废弃物处理生化反应监测效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中有机废弃物好氧发酵生化反应动力学原位监测装置结构连接图；
图2为本发明实施例中控制装置结构连接图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明的目的是提供一种具有提高有机废弃物处理生化反应监测效率的有机废弃物好氧发酵生化反应动力学原位监测装置。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中有机废弃物好氧发酵生化反应动力学原位监测装置结构连接图，如图1所示，本发明提供的有机废弃物好氧发酵生化反应动力学原位监测装置，包括：发酵反应装置，用于有机废弃物好氧发酵；复合检测仪，用于对有机废弃物好氧发酵过程中的温度、水分、氧气、氨气和硫化氢进行检测；控制装置，用于控制并监测有机废弃物好氧发酵进程。
发酵反应装置包括布气系统、反应腔1和除臭装置。布气系统，用于对有机废弃物提供气体；反应腔1，用于盛放有机废弃物，并在所述反应腔1中发生有机废弃物好氧发酵生化反应；除臭装置用于处理所述反应腔内产生的气体。
所述布气系统包括：布气室2、布气板(图中未示出)、风机3、压力表5、流量计6和加湿器4；所述风机3与所述加湿器4通过第二管道8连接；所述压力表5和所述流量计6设置在所述第二管道8上；所述加湿器4与所述布气室2通过所述第一管道7连接。
所述布气室2、所述布气板和所述反应腔1均设置在好氧发酵罐中，有机废弃物料置于布气板上；所述布气板将所述好氧发酵罐内部分割成布气室2和反应腔1；所述反应腔1位于所述布气板上方，所述布气室2位于所述布气板下方；所述布气室2、所述反应腔1与所述布气板的中心轴线重合；所述布气板上设置有多个布气孔，用于将所述风机3输送的气体由下至上输送至所述反应腔1内。
所述除臭装置包括：冷凝器9，所述冷凝器9的第一顶部端口与所述反应腔1通过所述第三管道10连接，用于冷凝所述反应腔内产生的气体；液体收集装置11，与所述冷凝器9的底部端口连接，用于收集冷凝所述反应腔1内产生的气体后得到的液体；尾气处理装置，所述尾气处理装置与所述冷凝器9的第二顶部端口通过所述第四管道13连接，用于处理未冷却的所述反应腔1内产生的气体。
尾气处理装置，具体包括：第二氨气检测仪、第二硫化氢检测仪、第五管道20、第五管道阀门(图中未示出)、第六管道21和第六管道阀门(图中未示出)。
所述第二氨气检测仪的探头部12插入所述第四管道13内；所述第二氨气检测仪的信号处理部与所述控制装置电连接；所述第二氨气检测仪用于检测所述未冷却的所述反应腔1内产生的气体中氨气的浓度。
所述第二硫化氢检测仪的探头部19插入所述第四管道13内；所述第二硫化氢检测仪的信号处理部与所述控制装置电连接；所述第二硫化氢检测仪用于检测所述未冷却的所述反应腔1内产生的气体中硫化氢的浓度。
所述第五管道阀门与所述控制装置电连接；所述控制装置控制所述第五管道阀门在所述未冷却的所述反应腔1内产生的气体中氨气的浓度或者所述未冷却的所述反应腔内产生的气体中硫化氢的浓度未达到预设标准的浓度时开启；所述第五管道阀门设置在所述第五管道20内；所述第五管道20的一端与所述第四管道13连接，另一端与所述反应腔1连接，用于将所述第四管道13排出的气体输送至反应腔1内。
所述第六管道阀门与所述控制装置电连接；所述控制装置控制所述第六管道阀门在所述未冷却的所述反应腔1内产生的气体中氨气的浓度或者所述未冷却的所述反应腔内产生的气体中硫化氢的浓度达到预设标准的浓度时开启；所述第六管道阀门设置在所述第六管道21内；所述第六管道21用于排放所述第四管道内13的气体。
所述第二氨气检测仪的探头部12为第二氨气探头，第二氨气探头内置有聚四氟乙烯导管和加热装置；所述聚四氟乙烯导管用于通入所述未冷却的所述反应腔1内产生的气体，所述加热装置用于对所述未冷却的所述反应腔1内产生的气体进行加热。所述氨气预处理系统为除湿器，所述除湿器用于对通入的气体进行除湿。第二氨气检测仪的信号处理部为第二氨气信号变送器；所述第二氨气探头通过除湿器与第二氨气传感器连接；所述第二氨气传感器所述第二氨气信号变送器连接，气体通过第二氨气传感器后由微型空气泵将气体排出。第二氨气探头采用1.0m不锈钢探头，第二氨气传感器型号为membrapornh3/mr-100；测量范围为0～100ppm；重复性为±3％，(重复性为一定时间用检测仪多次测量恒定浓度的氨气，所获得数据的相对标准偏差值)；分辨率为±1.0ppm；响应时间为40秒。所述除湿器、所述第二氨气传感器和所述第二氨气信号变送器置于控制柜15内。
所述第二硫化氢检测仪的探头部19为第二硫化氢探头，第二硫化氢探头内置有聚四氟乙烯导管和加热装置；所述聚四氟乙烯导管用于通入所述未冷却的所述反应腔1内产生的气体，所述加热装置用于对所述通入的气体进行加热。所述硫化氢预处理系统为除湿器，所述除湿器用于对通入的硫化氢进行除湿。第二硫化氢检测仪的信号处理部为第二硫化氢信号变送器；所述第二硫化氢探头通过除湿器与第二硫化氢传感器连接，所述第二硫化氢传感器与所述第二硫化氢信号变送器连接，气体通过第二硫化氢传感器后由微型空气泵将气体排出。第二硫化氢探头采用1.0m不锈钢探头，第二硫化氢传感器型号为membraporh2s/m-100；测量范围为0～100ppm；重复性为±2％，(重复性为一定时间用检测仪多次测量恒定浓度的硫化氢，所获得数据的相对标准偏差值)；分辨率为±0.1ppm；响应时间为30秒。所述除湿器、所述第二硫化氢传感器、所述第二硫化氢信号变送器置于控制柜15内。
通过设置尾气处理装置，能够将排出的不符合浓度要求的氨气、硫化氢气体返回反应腔内进行再次去除，能够减少环境污染。
复合检测仪包括温度检测仪、氧气检测仪、水分检测仪、第一氨气检测仪和第一硫化氢检测仪。温度检测仪包括温度检测仪的探头部和信号处理部。氧气检测仪包括氧气检测仪的探头部、气体预处理系统和信号处理部。水分检测仪包括水分检测仪的探头部和信号处理部。第一氨气检测仪包括第一氨气检测仪的探头部、气体预处理系统和信号处理部。第一硫化氢检测仪包括第一硫化氢检测仪的探头部、气体预处理系统和信号处理部。其中，复合检测仪探头部14包括：温度检测仪的探头部、氧气检测仪的探头部、水分检测仪的探头部、第一氨气检测仪的探头部和第一硫化氢检测仪的探头部。复合检测仪检测部包括温度检测仪的信号处理部、氧气检测仪的体预处理系统和信号处理部、水分检测仪的信号处理部、第一氨气检测仪的气体预处理系统和信号处理部、第一硫化氢检测仪的气体预处理系统和信号处理部；所述复合检测仪检测部置于控制柜15内。
温度检测仪的探头部为温度探头，温度探头内置温度传感器；温度探头个数为3个，将所述反应腔按照高度等分为上部、中部、下部，将温度探头分别插入所述反应腔侧壁的上部、中部和下部的探头预留孔中。温度检测仪的信号处理部为温度信号变送器；所述温度探头与所述温度信号变送器连接；温度传感器型号为pt100，测量范围为0～100℃；重复性为±2％，(重复性为一定时间用检测仪多次测量恒定温度的物料，所获得数据的相对标准偏差值)；分辨率为0.5ppm；响应时间为5秒。
所述氧气检测仪的探头部为氧气探头，氧气探头个数为4个，分别插入所述反应腔侧壁的上部、中部、下部的探头预留孔中，以及插入所述反应腔顶壁的探头预留孔中(图中未示出)。氧气探头内置有聚四氟乙烯导管和加热装置；所述聚四氟乙烯导管用于通入氧气，所述加热装置用于对所述通入的氧气进行加热。所述氧气预处理系统为除湿器，所述除湿器用于对通入的氧气进行除湿。氧气检测仪的信号处理部为氧气信号变送器；所述氧气探头通过除湿器与氧气传感器连接；氧气传感器与氧气信号变送器连接，气体通过氧气传感器后由微型空气泵将气体排出。氧气探头采用1.0m不锈钢探头，氧气传感器型号为itgo2/i-103，测量范围为0％～35％(v/v)，v表示体积；重复性为±0.2％，(重复性为一定时间用检测仪多次测量恒定浓度的氧气，所获得数据的相对标准偏差值)；分辨率为±0.1％；响应时间为10秒。
所述水分检测仪的探头部为水分探头，水分探头个数为1个，水分探头插入所述反应腔顶壁的探头预留孔中(图中未示出)；所述水分探头内置的多个水分传感器分别位于所述反应腔内的上部、中部和下部。水分检测仪的信号处理部为水分信号变送器；所述水分探头与所述水分信号变送器连接；所述水分探头与所述水分信号变送器连接；水分传感器型号为trime-t3，测量范围为0～100％相对湿度；重复性为±4％，(重复性为一定时间用检测仪多次测量恒定湿度的物料，所获得数据的相对标准偏差值)；分辨率为±0.5％；工作温度为20～70℃；响应时间为15秒。
所述第一氨气检测仪的探头部为氨气探头，第一氨气探头个数为1个，插入所述反应腔侧壁的上部探头预留孔中。第一氨气探头内置有聚四氟乙烯导管和加热装置；所述聚四氟乙烯导管用于通入反应腔内的气体，所述加热装置用于对所述通入的气体进行加热。所述氨气预处理系统为除湿器，所述除湿器用于对通入的气体进行除湿。第一氨气检测仪的信号处理部为第一氨气信号变送器；所述第一氨气探头通过除湿器与第一氨气传感器连接；所述第一氨气传感器所述第一氨气信号变送器连接，气体通过第一氨气传感器后由微型空气泵将气体排出。第一氨气探头采用1.0m不锈钢探头，第一氨气传感器型号为membrapornh3/mr-100；测量范围为0～100ppm；重复性为±3％，重复性为一定时间用检测仪多次测量氨气浓度不变的物料，所获得数据的相对标准偏差值；分辨率为±1.0ppm；响应时间为40秒。
第一硫化氢探头个数为1个，插入所述反应腔侧壁的上部探头预留孔中。第一硫化氢探头内置有聚四氟乙烯导管和加热装置；所述聚四氟乙烯导管用于通入反应腔内的气体，所述加热装置用于对所述通入的气体进行加热。所述硫化氢预处理系统为除湿器，所述除湿器用于对通入的硫化氢进行除湿。第一硫化氢检测仪的信号处理部为第一硫化氢信号变送器；所述第一硫化氢探头通过除湿器与第一硫化氢传感器连接，所述第一硫化氢传感器与所述第一硫化氢信号变送器连接，气体通过第一硫化氢传感器后由微型空气泵将气体排出。第一硫化氢探头采用1.0m不锈钢探头，第一硫化氢传感器型号为membraporh2s/m-100；测量范围为0～100ppm；重复性为±2％，重复性为一定时间用检测仪多次测量硫化氢浓度不变的物料，所获得数据的相对标准偏差值；分辨率为±0.1ppm；响应时间为30秒。
除湿器、氧气传感器、氨气传感器、硫化氢传感器、氧气信号变送器、第一氨气信号变送器和第一硫化氢信号变送器均设置在所述控制柜15内。
图2为控制装置结构连接图，如图2所示，控制装置包括：plc可编程控制器16、工控机17和显示屏18。所述plc可编程控制器16与所述工控机17均设置在所述控制柜15内。
plc可编程控制器16，所述plc可编程控制器16分别与所述温度信号变送器101、所述氧气信号变送器102、所述水分信号变送器103、所述第一氨气信号变送器104、所述第一硫化氢信号变送器105、所述第二氨气信号变送器106、所述第二硫化氢信号变送器107连接；所述plc可编程控制器16用于根据所述有机废弃物好氧发酵过程中的温度值和氧气浓度控制所述风机的通风流量。plc可编程控制器16采用台达的网络型主机，8点输入，8点输出，1个ethernet网口，2个rs485口。
工控机17，所述工控机17与所述plc可编程控制器16连接；用于分析与处理所述有机废弃物好氧发酵过程中的温度、水分、氧气、氨气和硫化氢数据。
显示屏18，所述显示屏18与所述工控机17连接；用于显示所述有机废弃物好氧发酵过程中温度变化规律，水分变化趋势，氧气分布与氧气消耗特征，氨气和硫化氢挥发与释放行为。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。