牛粪便好氧发酵堆肥工艺综合控制解决方案报告书.docx
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牛粪便好氧发酵堆肥工艺综合控制解决方案报告书
养殖场好氧发酵堆肥
综合解决方案
目录
1.前言1
2.污染性固体废弃物好氧发酵堆肥工艺介绍及设计需求1
3.项目分析2
4.方案设计3
4.1.工艺组成3
4.2．系统组成4
5.控制系统的组成5
5.1.系统的整体原理5
5.2.系统网络概述5
5.3.控制系统的特点5
5.4.通讯协议的可靠性6
5.5.系统的原理图7
5.6.控制系统的实现的控制策略及功能的描述7
5.6.1.核心控制器的组成7
5.6.2.核心控制策略7
5.6.3.系统的I/O点数分布（单槽）14
5.6.4.系统的硬件组成（单槽）14
5.7.系统涉及的上位部分15
5.7.1.上位系统的组成15
5.7.2.上位软件的特点15
5.7.3.上位实现的功能17
5.7.4.上位系统及网络配置（推荐）17
5.7.5.调度室中的臭气排放系统17
5.8．系统涉及的仪表组成18
5.8.1．测温仪表18
5.8.2．氧浓度检测仪表20
6.发酵槽及曝气通风方案设计21
6.1.发酵槽设计21
6.2.通风曝气系统示意图22
1.前言
随着我国畜牧养殖业发展规模的逐年扩大，养殖场产生的牲畜粪便及污物也不断增加，牲畜粪便及污物做为养殖及深加工过程中的伴生物，具有含水率高、易腐烂、有恶臭、含有重杂质和大量寄生虫卵及病原微生物等特性。
如果不加以处理，它造成的污染土地、孳生蚊蝇、传播疾病等种种环境问题将日益显现出来。
养殖场没有污物稳定化和无害化处理设施是普遍情况，显然无法对污染性固体废弃物进行稳定和消毒处理。
大量生产污染性固体废弃物直接外运填埋或堆放，不仅不符合国家颁布实施的《城镇污水处理厂污染性固体废弃物排放标准》（GB18918-2002）的要求，而且占用大量土地，导致产生臭气、蚊蝇、渗滤液等，并严重污染周围环境和地下水。
因此，在环境污染治理的同时迫切需要解决污染性固体废弃物带来的问题。
特别要说明的是有些养殖场将生产污染性固体废弃物外运直接作肥料使用，这样做实际上是有害的。
因为，污染性固体废弃物在脱水前加入了一定量的聚丙烯酰胺等高分子絮凝剂，是便于污染性固体废弃物浓缩脱水。
但是污染性固体废弃物的凝聚过程形成了污染性固体废弃物直接作肥料的不溶解缺陷，也就是污染性固体废弃物难软化，污染性固体废弃物施用多了或久了可能使土地硬化板结或沙化。
同时，未经处理的污染性固体废弃物直接施入农田，污染性固体废弃物中的重金属（尤其是重金属超标的污染性固体废弃物）、寄生虫卵和病原微生物，都有潜在的毒害危险，可能导致农作物和土壤严重污染和毒害，甚至影响人类的健康。
2.污染性固体废弃物好氧发酵堆肥工艺介绍及设计需求
污染性固体废弃物是在各类废水处理过程中产生的沉淀物质以及从污水表面撇出的残渣等固体物质，其中通常含有较大量的剩余活性污染性固体废弃物。
目前，国内外较常见的污染性固体废弃物处理与处置方法有土地利用、填埋、焚烧和投海，后三种方法因环境压力与经济压力而日益减少或受到禁止，土地利用则逐渐受到重视。
但是污染性固体废弃物中往往含有害成分，因此在土地利用之前，必须对污染性固体废弃物进行稳定化、无害化和减容化处理，如好氧与厌氧消化、堆肥化等，其中堆肥化处理是较多采用的一种方法。
堆肥化是利用微生物作用，将不稳定的有机质转变为较为稳定的有机质。
堆肥过程可以使污染性固体废弃物中挥发性物质含量降低，臭味减小，物理性状明显改善（含水量降低、呈疏松、分散、粒状），便于贮藏、运输和使用；高温堆肥还可杀灭堆料中的病原菌、虫卵和草籽，堆肥产品可以作为土壤改良剂和植物营养源。
一般认为，污染性固体废弃物堆肥过程的主要技术措施应包括以下几个方面：
1.
2.
2.1.温度控制
温度控制在发酵过程中起到至关重要的作用，温度控制得好与坏，直接影响到发酵的效果及周期长短，根据环境特点，我们提出采用无线温度测量系统，通过无线温度测量系统与综合控制系统的连接，实现温度数据与其他探测数据结合，经过控制器控制算法的计算，实现自动控制通风系统，真正实现全系统的自动化控制。
2.2.氧浓度控制
氧在有氧发酵过程中是最主要的成分，氧浓度的高低，直接影响到发酵是否成功，在线式氧浓度监测系统，使发酵堆肥的控制工艺达到最佳，有效保证了发酵始终处在最佳状态。
2.3.调整堆料含水率
通过调整堆料的成分（掺料）及水分含量实现对堆料湿度的调整，该过程中无线湿度探头及喷淋系统的有效结合，可以达到最佳的效果，该过程引入发酵堆肥整体过程控制系统当中，结合温、氧控制及通风系统，使整个系统更加完善有效。
2.4.建立合适的通风系统
通风系统是发酵过程中重要的工艺控制环节，系统有了有效的数据检测环节，如果没有良好的以上检测数据的调节环节，再好的指标检测也没有意义的，只有实现了检测与调节良好的配合，才能实现整个控制过程的最大效益。
2.5.填充料的选择
选择好的填充材料，可以提高堆体的通风效果及堆体的湿度，对有效的发酵会起到重要的作用。
综合以上因素，对于发酵堆肥系统来说,完善的数据采集和完善的控制系统至关重要。
3.项目分析
XX养殖场，具有X万头猪的养殖规模，养殖过程中产生的猪粪及其它混合原料每天有含固量为X的猪粪X吨，应该说固体废弃物日产出量是很大的，为解决这些污染性固体废弃物的二次污染问题，我们提出进行好氧发酵堆肥的方式，充分发挥这些污染性固体物废弃物富含有机质的特点，将这些废弃物发酵成有机肥，从而发挥其剩余的作用，并且达到全部无害化处理的目的。
4.方案设计
根据以上分析，我们提出了以下发酵堆肥的工艺方案：
1.
2.
3.
4.
4.1.工艺组成
根据污染性固体废弃物的产出量，并考虑一定富裕量，结合这些污染性固体废弃物的特点，采用以下工艺过程：
整个过程包含：
固液分离、混料、高温发酵、陈化发酵、出肥，以及配套的工艺自动化控制等几个阶段组成。
4.2．系统组成
根据以上工艺流程，各阶段所需的设备如下：
混料阶段：
铲车
高温发酵阶段：
发酵槽6个、铲车
通风曝气：
风机、风管、曝气头等
工艺自动化控制系统：
测量仪表、控制器、管理系统等
5.控制系统的组成
1.
2.
3.
4.
5.
5.1.系统的整体原理
5.2.系统网络概述
控制系统采取开放、可靠的网络形式来完成现场数据的采集、系统控制的实现。
根据我们多年的行业积累得到的经验，我们参看了目前工艺运行的需求，做出如下的网络系统设计：
网络采用以太网网络设计。
这个网络采用性能可靠的工业以太网。
可以将办公网络、自动控制网络和视频监控网络无缝结合到该网络环境，实现“多网合一”。
整个系统可承载的数据分成如下的几个部分：
1工业控制数据
2采集数据
3工业标准的MODBUS总线通讯
该系统以通讯为背景,采用网络拓扑结构来完成现场数据的采集和传递，采用多级的交换机将整个网络组建起来。
5.3.控制系统的特点
自动化控制系统是开放的控制系统，除了具有良好的网络通讯能力外，还具有与其它控制系统通讯功能和标准的对外通讯接口，以后可以任意扩展控制系统。
整个系统采用多级网络结构，即生产管理网和生产控制网，将过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络。
有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。
生产管理网：
用于实现现场控制层的控制系统之间、现场控制层与操作监控层之间的通讯与数据传输，采用工业以太网。
生产控制网：
用于实现过程设备层与现场控制层之间的通讯和数据传输，采用现场总线的形式，现场总线采用MODBUS国际通用的开放式现场总线，抗干扰性好，现场总线节点不少于64个节点，传输介质为屏蔽双绞线，通讯速率为9.6K~12Mbps（自动调整）。
5.4.通讯协议的可靠性
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。
通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。
它已经成为一通用工业标准。
有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。
此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。
它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。
它制定了消息域格局和内容的公共格式。
当在Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。
如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。
在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。
这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。
5.5.系统的原理图
5.6.控制系统的实现的控制策略及功能的描述
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3.
4.
5.
5.1.
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5.3.
5.4.
5.5.
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5.6.1.核心控制器的组成
控制器采用本公司自主研发的智能堆肥高端控制器及通讯模块组成网络监控系统，控制系统通过与其相连的仪表和执行机构完成对现场设备的数据采集和控制功能。
控制器能与电气控制柜及工艺配合实现自动控制，能够安全启停设备，实现最优控制，达到高质、高效、节能、环保的生产效果。
5.6.2.核心控制策略
一、实时数据采集
根据污染性固体废弃物堆肥控制系统的特点和工艺运行的要求，我们的采取的控制器具备良好的通讯接口，可以直接跟我们公司自己设计的温度采集器进行通讯，采取标准开放的通讯协议。
保证了数据的可靠性、和实时性的传递。
主要的数据包括采集以下几个方面：
温度数据、氧气浓度数据、控制系统状态、风机运行状态、运行时间、阀门开关状态以及阀门开度等。
A）温度的采集
温度的采集主要是利用我们公司自主研发的温度采集模块来实现的，该模块具备8路温度采集通道，可以同时的采集8路温度，精度在0.3℃。
采集的数据可以在温度模块上来显示，并且具备远程通讯端口支持可靠的工业通讯协议。
利用该模块以及提前根据工艺的要求在发酵槽内布置的待测点，经过实时的采集、运算，利用温度采集模型的处理来把温度精确在某特定的范围来传递给相关的控制设备、控制设备对其采集来的数据进行建立温度模型并控制风机等执行机构来完成相应的控制策略。
B）氧气含量的测量
氧气的采集是根据工艺的情况和实际的位置来设计的，通过我们公司研发的针对堆肥行业的氧气含量传感器来测量数据。
该数据传递给相关的控制器来完成堆料中氧气模型的建立，这对堆肥通风系统的阶段性控制起到很重要的作用，可以说直接决定堆肥的周期与堆肥的质量。
二、堆肥系统的控制策略-主要是实现通风的控制
1．堆肥通风系统
通常的情况下是强制通风和自然通风两种模式，这个通风的过程中也包括定期翻堆。
其中根据我们目前的实际情况来看强制通风占到了很大的比例。
采用强制通风的好氧堆肥体系对有机物的分解和转化速度快、堆肥周期短。
一般一次发酵时间为20天左右,二次发酵（即后熟期）在10～30天便可完成。
具有通风设备的好氧堆肥系统堆温高,可以杀灭病原体、虫卵和植物种子,使堆肥达到无害化。
而没有通风系统的堆肥体系对有机物分解比较缓慢,堆肥周期长,占地面积大,还易产生恶臭。
不同通风方式对固定垛堆肥系统的影响,其结果列于表1（国外案例实验结果）
表1 自然通风和强制通风在堆肥过程中的温度变化特点（比较）
温度特点
自然通风
强制通风
温度到达55度时间（天）
6
7
温度降到15度时间（天）
62.25
45.25
温度峰值（度）
58.4
57.5
温度到达峰值时间（天）
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