一种堆肥自动控制系统软件的设计与模拟运行效果

采用Microsoft Visual Basic语肓,结合Microsoft Access 8L Excel开发了一种堆肥自动控制系统软件(Temperature -Oxygen-Time,TOT)。软件可实现基于温度、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,最高报警温度、排出气体最低含氧量和阶段划分温度等均可自定义设置,堆肥温度、排出气体含氧量和pH值均可实时监测。系统每10 s刷新显示一次监测结果,每1h自动保存当前采集数据,利用Excel从数据库中读取数据方便对分析结果。模拟运行结果表明,软件能按照预定的要求控制风机开关,能正确计算和记录各个阶段和风机的运行时间,能有效地显示和保存数据。结合Excel,还能快捷地读取温度和含氧量的变化的数据、绘制其变化曲线。     

基于温度-时间的好氧堆肥通风控制系统的设计与运行效果

通风控制是强制通风静态好氧堆肥系统的技术关键。本研究开发了基于温度-时间的工业控制计算机好氧堆肥通风控制系统(TTime)，并实现了软硬件的配套。该文详细阐述了系统的设计思路、研究方法、功能和实现过程。运行试验表明，系统运行稳定、可靠，能保证堆肥过程的顺利进行，同时，加强了畜禽场废弃物堆肥过程的在线监控，降低了堆肥系统的运行费用，适合在大中型畜禽场推广应用。     

冬季死猪与猪粪同步堆肥运行效果

为了探明猪粪与死猪同步堆肥在外界低温环境条件下的运行效果及其处理负荷,试验设置双层死猪处理组、单层死猪处理组和无死猪对照组,采用有效体积0.95 m3堆肥箱、供以100 L/(m3·min)的通风率对4.6~21.4 kg保育期死猪进行冬季堆肥处理,每层3头死猪,总质量在28.0~30.0 kg。结果表明:试验期间外界环境日平均温度为-11.2~2.7℃、最低温度为-17.8℃,堆肥箱内温度在试验启动后3~5 d上升到50℃以上,双层死猪和单层死猪处理组的箱内日平均温度超过50℃的天数分别为32和23 d,满足相关国家标准的无害化要求;堆肥6和8周后死猪降解率分别为(93.6±3.5)%和(96.8±0.8)%,死猪仅剩下部分骨骼,单层与多层死猪堆肥的降解率差异不显著,高1 m的堆肥箱中可同时处理两层死猪。因此,将猪粪堆肥的原料制作方法用于死猪堆肥,动物尸体降解需要时间在6~8周,该方法可使猪场的猪粪堆肥与死猪处理同步进行,即使在中国北方也能实现周年运行。     

通风量对粪渣与树叶共堆肥的影响

为实现园林废物的无害化与资源化并获得合适的通风量,以粪渣与树叶为原料,采用0.08、0.14和0.20 m3/(min·m3) 3个通风量进行了静态好氧堆肥,分析了不同通风量对堆肥过程中的堆体温度、二氧化碳浓度、发芽指数、肥效指标氮磷钾以及重金属质量分数等指标的影响。结果表明：在粪渣与树叶含水率分别为80%和8%左右,粪渣与树叶质量比例为3/1,通风量为0.078、0.14和0.20 m3/(min·m3)时,均可以实现高温好氧堆肥。通风量为0.14 m3/(min·m3)时堆肥效果较佳。所得堆肥产品肥效指标和重金属质量分数均符合国家相应标准。     

堆肥废气余热回用对寒区好氧堆肥的影响

黑龙江地处高寒地区,好氧堆肥存在自然升温、高温维持困难、增温设备能耗高、堆肥周期长等问题。该研究在传统好氧堆肥设备中增设板翅余热换热系统,利用堆肥废气热能预热通风空气,系统研究不同环境温度时堆肥废气余热回用对好氧堆肥增温效果及堆肥品质的影响。结果表明：通风量、通风频率分别为16 L/min、每间隔2 h 通风20 min时更有利于堆体升温;回收堆体排出废气的余热预热通风空气能够显著提升好氧堆肥堆体的温度（P<0.05）,环境温度分别为11.4～13.4 ℃和7.1～8.6 ℃时,堆体最高温度可分别达到63.8和62.4 ℃,50 ℃以上可分别维持7.15和5.61 d,而且在含水率、有机质、C/N、pH值、电导率（Electrical Conductivity,EC）等堆肥效果方面也更具优势,有机质含量可分别降到53.28%和55.06%。该余热回收系统实际可行,且当环境温度为7.1～8.6 ℃及以下时,好氧堆肥必须采取余热回用措施才能维持正常的堆体温度,达到无害化标准要求。研究结果可为北方高寒地区好氧堆肥技术的应用及推广提供支撑。     

不同通风量对猪粪好氧堆肥效果的影响

该文以玉米秸和稻壳混合作为调理剂进行猪粪好氧堆肥,研究不同通风量对堆肥效果的影响。试验设3个处理,通风量分别为0.5、0.3和0m3/min,通风时间根据堆体温度调整,测定了堆体温度和堆料水分、pH值、有机质含量、总氮含量和C/N。结果表明,通风能有效保证堆料升温和高温期的维持,而且能够抑制堆肥过程中堆料pH值的上升,有利于有机质的降解和C/N的降低,通风量为0.3m3/min时,综合效果较理想。结果提示,以玉米秸和稻壳混合作为调理剂,初始C/N为30︰1,含水率为62%左右时,适当通风能够满足猪粪腐熟的需要。     

不同体积堆肥装置下的鸡粪堆肥效果研究

该文以鸡粪和锯末为原料,采用自行设计的有效容积为18、24、30和42 L的堆肥装置进行好氧堆肥试验,通过研究高温发酵期间(堆肥前期12 d)堆肥物料的温度、全碳、C/N、水溶性碳和微生物变化,以了解不同有效容积堆肥装置的实际堆肥效果,确定堆肥装置的有效体积。结果表明,随着堆肥体积的增大,堆体持续高温的时间加长;堆肥体积在30 L以上的两个处理的腐熟进程快于30 L以下的两处理;细菌的数量在整个堆肥过程中的变化趋势是先下降后上升,真菌在高温期迅速下降,在高温期,30 L以上两个处理放线菌数量明显较18和24 L处理多。在无外加热设备的情形下,堆肥装置的有效体积应该为30 L以上。     

不同体积堆肥装置下的鸡粪堆肥效果研究(简报)

该文以鸡粪和锯末为原料,采用自行设计的有效容积为18、24、30和42 L的堆肥装置进行好氧堆肥试验,通过研究高温发酵期间（堆肥前期12 d）堆肥物料的温度、全碳、C/N、水溶性碳和微生物变化,以了解不同有效容积堆肥装置的实际堆肥效果,确定堆肥装置的有效体积。结果表明,随着堆肥体积的增大,堆体持续高温的时间加长;堆肥体积在30 L以上的两个处理的腐熟进程快于30 L以下的两处理;细菌的数量在整个堆肥过程中的变化趋势是先下降后上升,真菌在高温期迅速下降,在高温期,30 L以上两个处理放线菌数量明显较18和24 L处理多。在无外加热设备的情形下,堆肥装置的有效体积应该为30 L以上。     

堆肥过程中基本条件的控制

概述了堆肥过程中各种基本条件控制因子,包括含水量、通风供氧、温度、挥发性有机物质、C/N比和C/P比、颗粒大小和容积密度、pH值,对其影响作用和如何调控进行综述,为堆肥的顺利进行提供理论基础和实践参考。     

城市污泥与稻草混合堆肥的最佳通风量优化研究

以城市污泥+稻草秸秆混合物料为研究对象,运用好氧堆肥方法,研究不同通风量对污泥堆肥过程的影响,测定了堆肥过程中温度、含水率、有机质含量和种子发芽指数的变化规律,分析了堆肥过程中通风与未通风之间的差异性。结果表明:(1)通风能够有效保证堆料升温和维持高温期,温度高达74.20℃,高温持续时间达到6 d,温度上升速率达到24.03℃/d。(2)通风条件下,含水率呈现先升高,后降低,然后趋于稳定的变化规律。(3)堆肥结束后,各处理有机质含量均达到国家标准。(4)通风能够显著影响种子发芽系数,各处理GI值的大小顺序为3号箱2号箱1号箱4号箱5号箱。当通风量为1.00 m~3/h,高温维持时间最长(6 d),种子发芽指数最高(84.25%),堆肥效果最理想。     

规模化好氧堆肥底部曝气系统管道内流场仿真与试验

规模化好氧堆肥通过微生物的作用将较大堆体中的有机物质分解,转变成为稳定的腐殖质,是解决畜禽粪便污染问题实现其资源化利用的有效途径。底部曝气作为规模化好氧堆肥工程实施的关键研究对象。有效设计底部曝气系统可提高输氧效率,抑制局部厌氧环境的形成,改善堆肥环境。该研究基于4种规模堆体（48、90、180、270 m³）所需风机和管道参数;建立了底部曝气系统流场模型,模拟分析了通风管道内及通风孔处的流速分布;并依据实例进行了深入分析。结果表明,对于较小规模堆体（48、90 m³）,不同布风方式对管道内和通风孔处流速分布的均匀性影响不大,而渐密布孔相比于均匀布孔可以提高其均匀性。对于较大规模堆体（180、270 m³）,可通过铺设多排管道的方式来提高其均匀性,其中四管相比于三管可以减少10 %的动能损失;基于对工厂100 m³堆体的实例仿真,发现仿真得到的流速与实际测量值没有显著差异,该研究结果可为后续工程建设提供理论依据和数据支撑。     

海洋微生物酶反应器智能控制系统的研制

生物发酵过程具有严重非线性、高度时变性、高阶多变量和大型不确定的特点,为了实现生物发酵过程的自动化控制,提高生物技术产品的生产水平,使得发酵过程的参数检测、操作监视、自动控制等智能化,分析了影响发酵过程的主要因素以及各变量之间的耦合关系,综合应用传统的PID控制方法、模糊神经网络技术,构建了一种多变量模糊神经控制系统的前馈解耦算法并将其应用在发酵过程的思想,同时采用了冷凝、回收、利用发酵尾气技术,解决了尾气排放、罐体泄漏染菌的问题。模糊神经控制器和解耦部分独立设计,在模糊控制器中引入神经网络,解耦网络采用一层隐层,利用简化的学习算法,根据系统输出误差,在线调整网络权值,从而实现动态解耦而无需辨识被控对象的模型。该方法结构简单且计算量小,经实际应用结果表明这种控制算法具有很好的控制效果。     

不同热解温度生物质炭对羊粪堆肥过程氮素损失的减控效果

为探讨高温堆肥中氮素损失的有效控制技术,以2种不同热解温度制备的稻壳生物质炭为堆肥添加剂,与羊粪、食用菌渣混合,进行了43 d的堆肥试验。设置了3个处理,羊粪与食用菌渣质量比9:1混合体作为预备物料,在预备物料上分别添加450、650℃热解的生物质炭(占预备物料质量百分比15%)为B1、B2处理,在预备物料上添加未热解的稻壳(与生物质炭等体积)为CK处理。监测了堆肥体的温度、NH₃挥发、N₂O排放、p H值等参数变化动态,分析了不同热解温度生物质炭在堆肥中的保氮效果。结果表明,与对照组相比B1、B2处理促进了堆肥初期的温度快速上升,堆肥体初次升温至55℃所需时间分别较CK缩短了2、6 d,B2处理的促升温、增温效应优于B1处理;堆肥43 d后,CK、B1与B2处理的NH₃挥发累积量分别为378.12、117.22、94.16 mg/kg,N₂O排放累积量分别为13.9、26.3、23.6 mg/kg,氮素损失率分别为47.8%、34.1%,30.5%;与对照组相比B1、B2处理增加了堆肥体N     

基于模糊PID的花椒烘房温度自动控制系统

针对中国目前农村花椒烘房烘烤花椒的温度控制方式仍采用人工控制的方式,存在干燥不均匀,干燥速率相对较慢,能耗损失较大等问题,该文首次系统地将模糊PID温度自动控制技术应用在花椒烘房的自动干燥上,研究对比了PID控制技术、模糊控制技术和模糊PID控制技术在温度自动控制系统中的功能特点,并结合32位ARM处理器和GPRS技术实现花椒烘房的自动控制和远程报警提示,这有利于解决目前农村地区自动控制设备通讯难的问题,能为中国农村花椒干燥自动化应用提供一种有效的解决方案。     

密闭式猪舍多环境因子调控系统设计及调控策略

大多数猪舍环境调控是建立在传统控制方法基础上的单一环境变量控制系统,难以对具有多个变量的系统建立精确的数值模型。该文基于模糊控制理论,以温度偏差和温度偏差变化率作为输入量,以通风模式和加热模式为输出控制量建立温度控制器;以相对湿度偏差和氨气浓度偏差为输入量,以通风模式为输出控制量建立通风控制器;并对不同季节多环境因子进行模糊化及逻辑推理,生成不同季节的调控策略及规则,建立2个具有双输入变量的非线性控制系统,加入动态补偿控制,优化猪舍环境调控系统。该文以在美国普渡大学环境研究猪舍监测所得的数据对建立的方法进行了模拟验证。结果表明,舍内温度与设定值最大相对误差为5%,实现了舍内温度稳定控制;舍内相对湿度与设定值最大相对误差为6.3%,充分满足湿度控制要求;猪舍氨气浓度变化范围为2.0~3.7 mg/m~3,远远小于设定值9.1 mg/m~3。因此,该文提出的猪舍多环境因子模糊控制系统及策略,能够很好地满足猪舍环境控制要求,为解决寒冷冬季猪舍温度与通风调控提供可行的思路。     

果园防霜机模糊控制系统设计及防霜效果试验

为预防果树霜冻害,提高果园管理水平,该文设计了一台基于模糊控制策略的果园防霜机。利用STM32微控制器和触摸屏开发了防霜自动化控制系统,通过无线射频网络进行环境信息采集,设计了回转平台的摆头速度变频控制系统,实现不同摆头速度的360°往复运动。防霜机有效工作半径为5～48m,最大保护面积约7150m2。试验结果表明,防霜机摆头速度和防霜机的距离对温度和风速有交互作用,在模糊控制条件下,平均温度和风速的下降量小于常规控制条件的下降量。在试验期间,应用模糊控制和常规控制的平均温升均分别是3.1和2.8℃,模糊控制和常规控制下的苹果树芽孢受冻率分别是5.6%和11.6%,模糊控制的防霜机运行时间节省21.1%。结果说明该防霜机可以实现防霜智能控制,运行模糊控制策略后,防霜效果好于常规控制,并且运行时间相对较短。     

超高温预处理装置及其促进鸡粪稻秸好氧堆肥腐熟效果

为提高畜禽粪便堆肥效率和质量,设计了一种超高温预处理好氧堆肥工艺,并以鸡粪和稻秸为原料,进行了为期62 d的堆肥试验。设置了3个处理,即:高温好氧堆肥(CK);超高温(85℃)预处理4 h+高温好氧堆肥(HPC);超高温(85℃)预处理4 h+接种0.5%新鲜鸡粪+高温好氧堆肥(I-HPC)。监测了堆体的温度、含水率、pH值等参数的变化情况,并以C/N、可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、铵态氮、硝态氮、腐殖化指数(humification index,HI)、种子发芽指数(germination index,GI)为指标评价了堆肥腐熟度和质量。结果表明,与CK相比,超高温预处理可以提高后续堆料升温速率和最高温度、延长高温期天数、缩短堆肥周期,I-HPC、HPC的最高温度比CK分别高出13.6、12.8℃,≥50℃的天数分别比CK多3、2 d。但与HPC相比,接种新鲜鸡粪并没有加快后续堆肥进程。超高温预处理后,物料容重由0.81 g/cm~3下降为0.72 g/cm~3、pH值下降了1~2;而DOC质量分数由106 g/kg上升到124 g/kg;总挥发性脂肪酸(total volatile fatty acids,TVFAs)、NH_4~+-N质量分数分别为预处理前的3.2倍、2.45倍。HPC、I-HPC堆体有机质降解速率常数分别为0.0501、0.0534 d-1,比CK(0.00143 d-1)大,因此,HPC、I-HPC堆肥产品的TOC质量分数(182.1、192.1 g/kg)分别比CK(205.3 g/kg)低;TN质量分数(19.70、21.28 g/kg)比CK(17.96 g/kg)高;腐殖化指数(0.77、0.71)比CK(0.64)高。但HPC、I-HPC堆肥产品之间TN质量分数、腐殖化指数无显著差异。因此,超高温预处理好氧堆肥法能明显缩短堆肥周期、提高堆肥产品质量,具有较大的应用潜力。     

基于组态软件和模糊控制的分娩母猪舍环境监控系统

为解决北方寒冷地区分娩母猪对猪舍环境的要求,该文研究了一种舍内环境监测和控制系统。该系统综合考虑舍内温度、湿度、氨气浓度及其相互影响,利用组态软件、模糊控制技术和解耦控制技术,通过机械通风系统和热水采暖系统实现了舍内环境的智能控制。试验结果表明该系统可行且实用,在保证舍内所需温度基本恒定的条件下（舍内温度控制的最大相对误差为5.5%）,也能使舍内相对湿度和氨气浓度保持在适宜范围内。