专利名称：一种采用温度梯度反馈实现废物均匀降解的通风自动控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于废弃物生物降解领域，特别是涉及到一种用于有机废物好氧生物降解的自动控制方法及装置。
背景技术：
好氧生物降解在国内外广泛应用于有机废弃物的资源化，这一技术在国外也应用于有毒有害废弃物的异位生物修复。好氧生物降解主要是通过人工调控利用好氧微生物分解有机废物、释放热量、杀灭病原菌、虫卵和杂草种子等，并且使废弃物在微生物作用下转化为稳定的类腐殖质，最终实现废弃物的无害化、减量化和资源化。
有机废物的好氧生物降解按调控手段可分为自然通气法、固定通气时间周期的无反馈通气法和控制堆体温度的温度反馈通气法；按通气方向可分为正压通气法和负压通气法。
众所周知，在微生物好氧降解过程中堆体内的微生物不断的消耗氧气、释放热量并蒸发水分，通气的主要功能是补充氧气、带走多余热量及水分。现有的好氧生物降解工艺均为通气方向不变，在这种条件下，气流将在流过堆体时沿气流方向不断得到加热，逐渐形成堆体内沿气流方向上堆体温度逐渐升高的现象，即产生了温度梯度。温度的不均匀分布，直接影响了堆体内微生物群落的分布及其降解废物的能力，导致堆体内沿气流方向废物降解程度的不均匀分布及局部低温区域无法有效杀灭致病菌，从而影响了堆肥产品的质量，降低其应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服好氧生物降解中由于废物堆体温度分布不均匀导致降解不均匀的缺陷，提供一种控制通气流向的废物好氧均匀降解自动控制方法及装置，本发明可根据堆肥过程中废物堆体温度分布情况自动调控降解过程。
为实现上述目的，本发明提供一种控制通气流向的废物好氧均匀降解自动控制方法。采用以堆体内的上部和下部温度差(即温度梯度)的绝对值作为反馈变量，温度梯度绝对值的限值可在0.5℃～20℃内任意设置。堆肥启动后，温度传感器在线监测堆体内上下部位的温度值，当堆体内的温度差值超过设置温度梯度限值时，通过自动控制装置使得堆体内的通气沿相反方向流动，实现堆体内高温区和低温区的热交换，到达控制堆体内温度梯度的目的。
为实现本发明所提供的方法，本发明提供一种相应的自动化控制装置，该装置包括(1)温度采集系统监测堆肥体的温度状况，2个温度传感器分别布置于反应器的上部和下部，温度数据用带有PCI数据采集卡的计算机进行采集、记录；(2)通气流向控制系统1个风机(鼓风机或引风机均可)；4个自控通气阀门；若干通风管道用于连接风机、阀门及反应器；2个继电器；1台带有PCI数据采集卡及PCI开关量控制卡各1块的计算机。
图1为本发明自动控制装置2为本发明自动控制方法3为本发明用于废芹菜叶和废石竹茎叶混合好氧生物处理时的堆体上下部位温度变化情况图4为本发明用于废芹菜叶和废石竹茎叶混合好氧生物处理时的堆体上下部位温度梯度变化情况具体实施方式
实施方式可结合图1和图2得到说明。
(1)系统的硬件连接自控系统启动前要确定各装置各部分按照图1所示方式连接。注意本装置中自控阀门2，6的开关状态是一致的，即串联使用。同理，自控阀门1，5的开关状态是一致的，即串联使用，但其自控阀门状态和2，6相反。
(2)系统的软件控制系统的软件控制方法按图2所示流程。具体控制过程结合图1如下a)系统的初始化自控系统启动后，首先通过计算机设置要控制的堆体上下温度梯度限值，确定温度传感器10和温度传感器11所对应的输入通道号，确定自控阀门2，6和自控阀门1，5所对应的输出通道号；然后进行输出变量初始化，通过计算机9设置插在计算机9内PCI插槽上的开关量输出控制卡对应于控制自控阀门2和自控阀门6的通道状态为1(即开状态)，设置对应于控制自控阀门1和自控阀门5通道状态为0(即关状态)。系统启动后，计算机9内PCI插槽上的开关量输出控制卡对应于阀门的通道值可实现继电器7为断开状态，继电器8为闭合状态。插上电源后，风机3即开始工作，空气通过风管4及阀门进入反应器12，穿过堆体13后排出。此时通风的流向取决于风机3的类型，当是引风机时，堆体内通风方向为向下，空气从阀门6进入，向下穿过堆体13，通过阀门2经引风机3排出；当是鼓风机时，堆体内通风方向为向向上，空气从鼓风机3经阀门2进入，向上穿过堆体13，通过阀门6排出。
b)系统的控制首先采集堆体13的上部和下部温度数据，通过设置在堆肥反应器12上部的温度传感器10和下部的温度传感器11测量废物13的上部及下部温度，温度信号经安装在计算机9内PCI插槽上的数据采集卡采集进入计算机；然后，计算机9的CPU将采集的数据进行处理，计算出温度传感器10和11温度差值的绝对值；当该温度差的绝对值低于所设置的温度梯度绝对值限值时，系统各状态保持不变；温度差的绝对值超过所设置的温度梯度绝对值限值时，计算机9的CPU对PCI槽上的开关量卡对应于阀门1，5，2，6的通道发出指令，改变其对应的值，如原来是0改为1，原来是1改为0；该指令将驱动继电器7和继电器8实现对各阀门的相应控制，从而实现堆体13内通风方向的改变。
(3)其他功能请参照图2，本装置正常运转时，系统可同时显示出堆肥过程的温度分布及阀门的开关情况，并通过计算机将相应数据传输入数据库，根据需要可对数据进行二次处理，如报表输出、打印等；当本装置运转出现故障时，如温度传感器失灵等，系统可以自我诊断，并在计算机屏幕上实时报警输出。
实施例实施例1将此控制方法及装置应用于废芹菜叶和废石竹茎叶的好氧生物处理，堆体高1m，上部测温点距离堆体上表面10cm，下部测温点距离堆体下表面10cm，设置温度梯度绝对值限值为2℃，测温频率为1次/h。处理过程中，堆体上下部位温度及温度梯度的变化情况分别见图3和图4，处理前后堆体上中下三个部位的物料有机质含量见表1。从图3和图4可以看出，堆体内上部和下部的温度梯度绝对值均小于设置的温度梯度绝对值限值，上下部位均能达到较高温度，而以往的有机废物好氧生物降解研发仅关注堆体上部的温度是否达到高温，忽略了下部温度的测试。从表1可看出，堆体内上部和下部的降解程度基本一致。
表1 实施例1有机质含量的测定结果
权利要求
1.一种采用温度梯度反馈控制通气流向的废物均匀降解自动控制方法，其特征在于以废物堆体上下部位的温度梯度为反馈变量，设定温度梯度绝对值的限值为0.5～20℃；计算机用传感器采集堆体上下部的温度、计算堆体上下部的温度梯度并与设定的温度梯度绝对值的限值相比较，若超过限值则通过计算机控制阀门的开闭实现堆体中气流方向的交换，从而降低堆体内温度梯度，实现废物的均匀降解。
2.一种采用温度梯度反馈控制通气流向的废物均匀降解自动控制装置，其特征在于2个温度传感器分别位于废物堆体的上下部位，用计算机的PCI数据采集卡采集来自温度传感器的信号；4个自控阀门分别通过管道与废物容器相连；计算机主板插PCI数据采集卡，数据采集卡与温度传感器相连；计算机主板插PCI开关量输出卡，开关量输出卡与继电器一端相连，继电器另一端与自控阀门相连。
3.根据权利要求1所述温度梯度反馈控制通气流向的废物均匀降解自动控制方法，其特征在于所述废弃物中包含可生物降解有机成分为20％～90％。
4.根据权利要求1所述温度梯度反馈控制通气流向的废物均匀降解自动控制方法，其特征在于所述混合物的含水率为40％～75％。
全文摘要
本发明公开了属于废弃物生物降解范围，提供一种温度梯度反馈控制通气流向的废物均匀降解自动控制方法及装置，以废物堆体内上下部温度梯度绝对值的限值为反馈控制参数，采用传感器数据采集及计算机自动控制技术，可根据废物好氧降解过程中废物堆体内上下部温度梯度的情况自动控制通气的气流方向，从而调控废弃物生物降解过程。温度梯度绝对值的限值可在0～20℃任意设定，从而促进堆体内上下部位物料的降解性能、温度分布等的均匀程度，提高堆肥产品质量，降低其应用的风险。
文档编号B09B3/00GK1745916SQ20051011423
公开日2006年3月15日 申请日期2005年10月21日 优先权日2005年10月21日
发明者张相锋, 杨志峰, 陈家军, 葛垚, 张妍 申请人:北京师范大学