传感器在污泥堆肥自动化监控系统的应用

1.污泥堆肥现状与前景

我国的堆肥产业目前仍处在一个发展初期，堆肥规模、堆肥厂的数量以 及堆肥工艺水平基本停留在一个粗放式的简单加工阶段，与发达国家相比距 离甚远，未来各类有机固体废弃物的处理任务将十分庞大，也预示着这一产

业有着广阔的发展空间。

2.污泥堆肥自动化监测必要性

节省人力成本，要求过程自动化。 加快发酵过程，提高发酵效率，要求快速精确的实时监控。 加快工业化生产，需要全过程监控自动化处理。 全球环境压力迫在眉睫，需要加快生活垃圾，工业垃圾等处理，适应垃

圾处理产业化要求。

3.污泥堆肥自动化监测系统

污泥堆肥过程当中，环境指标的控制对于堆肥效果起到关键的作用，比 如环境温度、湿度、氧浓度等，是好氧发酵过程中重要的几个参数，时时掌

握这些参数的变化，将有利于控制整个发酵过程，对于发酵过程的设备控制、

能源控制等提供有效数据参数；除这些参数指标之外，发酵过程会产生很多 的臭气，臭气的产生对环境将产生很大的影响，会造成环境的二次污染，掌 握这些有害气的产生量，有力于提高有害气体处理环节的有效性，以达到最 佳效果。

4.污泥堆肥发酵过程控制分类

一、温度控制

无线温度测量系统是 BRET 测量采集控制系统的一个测量子系统。它采 用分层、分段采集、无线传输信号、集中接收处理图形化的一套温度探测、 监控系统，它具有功能全面、性能可靠，防爆设计、性价合理、使用便捷灵 活、无环境限制、传输距离远、使用时间长等优点。它的优点是分层检测、 可定制同一检测点不同检测层的分布。

该系统分为两个部分：无线温度探杆（用来分层、分段采集数据，并无

线传输给集中器）和（接收来自温度探杆的数据，处理并打包，符合工业 RS-485 总线输出）

堆体温度探杆特点：

1.无线方式传输时，传输距离可以达到 1000M。

2.温度探杆采用可充电锂电池供电，电池每次充电使用时间可以达到 1

年。

3.温度探杆采用不锈钢探杆设计，圆形防爆表头，坚固、抗腐蚀耐用，

抗干扰性强，工作湿度范围大。

5.集中器采用工业标准 RS-485 总线、符合 Modbus（RTU）协议输出， 传输率达 38400bps，能够连接多种外部设备或者 PC 机。

 

二、氧浓度控制

 

氧浓度探杆，用于直接测量堆肥中的氧浓度，来确认堆肥在发酵过程中 的空气流通情况。传感器被直接安装在不锈钢探针的顶端，并连同探针可以 直接插入堆肥材料中，可在 250℃范围内测量混合气体中氧气含量，特别适 用于堆肥发酵及生物反应过程的监控，系统 24V 直流供电，标准测量量程：

0.1–25%氧气，可选测量量程：0.1–100%氧气。4-20mA 或 0-10VDC 输出。 堆体氧浓度探杆特点

◆给氧气探测板提供必要的电源，控制 SST 公司的动态氧传感器

◆采用最新 ARM-Coretex-M3 内核的 32 位高性能、低功耗微控制器

◆高精度、线性输出

◆量程：0-25%

◆两种输出方式：4 -20mA 和串行通信 (RS232/485, Modbus/RT)，通 信波特率可达 38400

◆配备有上位机校准服务程序，可直接通过和 PC 机连接进行校准

◆可以在空气中（20.77% O2）或其它任何已知氧浓度环境中进行校准

◆电源和传感器操作双 LED 灯指示

◆圆形电路板，三个间距超过 60mm 的安装孔，方便安装节省空间

◆ SIP8_3.5 螺栓端子，方便接线

 

三、湿度控制

堆体水分的测定对发酵堆肥具有重要意义。水分是决定发酵过程是否充 分的重要物质，测量堆体的介电常数，能直接稳定地反应各种堆体内的真实

水分含量，与堆体物质本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测

量方法。BRET-5 型土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水 分的传感器。

测量参数：土壤容积含水量 单 位：%（m3/m3）

量 程：0～100%（m3/m3）

精 度：0～50%（m3/m3）范围内为±2%（m3/m3） 分辨率：0.1%（m3/m3 ） 测量区域：90%的影响在围绕中央****的直径 3cm、长为 6cm 的圆柱体

内

稳定时间：通电后约 1 秒 响应时间：响应在 1 秒内进入稳态过程

输出形式： a: 4--20mA;

b: 无线通讯

材 料：不锈钢外壳

1．高稳定性，安装维护操作简便。

2．支撑的材料为环氧树脂，强度和寿命得到保证。

3．密封性好，可长期埋入土壤中使用，且不受腐蚀

4．采用标准的电流环传送技术使其具有抗干扰能力强，传送 距离远，测量精度高，响应速度快。

5．土质影响较小，应用地区广泛,价格低廉，适合多种情况 下使用。

 

四、臭气浓度控制

堆肥发酵车间内，由于发酵过程中会产生很多氨气等有害气体，由此造 成对人体及周围环境的的危害，环境的污染及人体的危害，使我们清醒的认

识到在处理污染物的同时，也要避免二次污染的产生。因此在污泥堆肥发酵

过程中臭气污染的治理是一个重要的环节。

堆体臭气浓度探杆：BRET 系列固定式氨气检测变送器(以下简称探头)， 采用先进的电化学传感器，结合多年来气体检测探头研制的经验而开发出的 新产品。它可以广泛应用于冶金、石油、石化、化工、轻工、焦化、市政、 煤气、制药、污水处理及许多特殊行业和领域。

 

五、通风控制

通风有三个主要目的： 第一、通风能满足有机质分解的氧气需求（也叫化学需氧量）；

第二、通风可以除去湿基质之中的水分（称为干燥需求），当空气被堆 肥基质加热以后，可以蒸发掉水份，使得堆肥物料得到烘干；

第三、通风可以除去有机质分解产生的热量，以控制过程温度（称为除 热需求）。化学需氧量:1.95kg 空气/kg 混合基质干重,说明满足化学需氧 量时，空气的重量几乎是进料物质干重的两倍。

水分干燥需氧量: 26.7g 干空气/g ds 基质说明干燥所需的空气远比生

物氧化需要的空气要多.

除热需氧量:47.9g 空气/g 基质 ds 除热所需的空气量远比化学或者除 水分需要的都多。

堆肥所需空气的重量是基质干重的 30～50 倍。由于气体是看不到的， 空气活动有时候总是被忽略。应该牢记基质处理既包括固体，也包括气体部

分。

臭气释放规律

大多数臭气是在堆肥周期的最初 7～10d 释放出来的，最初 2～3 d 的 SOER 值为 10～20 m3/min-m2，此后，SOER 值迅速降低到 0.5～2 m3/min-m2 范围。

翻堆前平均可达 15～30 m3/min-m2，翻堆后 SOER 值迅速增加到 550 m3/min-m2，然后在接下来的 3～4 小时开始降低。

虽然臭气释放的峰值与翻堆有关,但是臭气释放的主要部分还是在没有 翻堆时。如果不考虑翻堆的频率,估计因为翻堆而释放的气体大约相当于总释放气体的 10%到 15％。增加翻堆频率会使释放的峰值降低,但是总的臭气 挥发量基本保持不变。基于以上研究，建议当天气条件不好应当停止翻堆。