[发明专利]沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置

说明书

技术领域

本发明涉及沼气技术领域，尤其涉及一种能实时监控沼气工程厌氧发酵状态的智能监控系统。

背景技术

沼气工程的核心是厌氧发酵，厌氧发酵过程是指有机物在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过厌氧微生物不断新陈代谢和生长繁殖产生可燃性气体——沼气的过程，提高沼气产率的关键在于能否为厌氧微生物提供一个稳定的、良好的生存环境，其中对厌氧微生物的生存环境影响最重要的因素是沼液的温度和沼液的PH值。

在实际沼气工程厌氧发酵系统中，将由有机物和水混合形成的沼液放置于密闭的沼气发酵罐内进行厌氧发酵，位于沼气发酵罐中的沼液的温度随外界温度的变化而变化，一般情况下，当沼液的温度大于15℃时，厌氧发酵才能正常进行并产生沼气，而当沼液温度小于15℃时，沼气产率很低或根本就不会产生沼气。而且厌氧发酵过程中沼液的温度波动会影响到厌氧发酵的沼气产率，一般一小时内沼液的温度上下波动的范围不宜超过±（2～3）℃。若短时间内沼液的温度差达5℃以上，则沼气产率会显著下降，甚至会因沼液的温度波动幅度过大而造成厌氧发酵停止从而无法产生沼气。

一般情况下厌氧微生物中产甲烷菌适宜的生存环境的pH值介于6.5～8.0范围内，其最佳生存环境的pH值介于6.8～7.2之间。当沼液的pH值小于6.3或pH值大于7.8时，甲烷化速率显著降低。沼气发酵罐中的70%以上甲烷是由乙酸裂解形成，其余的大多源自氢气和二氧化碳的还原。其中，乙酸是沼气发酵罐中最重要的产甲烷的前体物，厌氧微生物中产酸菌适宜的生存环境的pH值介于4.0～7.0范围内，当沼气发酵罐中实际生存环境的PH值超过产甲烷菌的最佳生存环境的pH值范围时，酸性发酵可能会超过甲烷发酵，导致沼气发酵罐内沼液发生“酸化”，从而使产甲烷菌的活动受到抑制，这会使产酸和产甲烷的速度失衡，导致产生的气体中的二氧化碳浓度显著升高，致使厌氧发酵无法正常运行。二氧化碳浓度突然显著升高或pH值持续下降都是酸化发生的预警，在实际厌氧发酵过程中可通过投加石灰水或碳酸钠等碱性溶液或降低有机物的进料量以控制酸化的发生。

因此，沼气工程厌氧发酵系统运行时需要时刻注意沼液的温度和沼液的PH值，不仅要保证沼液温度的恒定，而且还要保证沼液的PH值能一直维持酸性发酵和甲烷发酵的均衡性。目前对沼气工程厌氧发酵系统运行状况的监控设备还不完善，在运行过程中仍然需要管理者在工程现场监控掌握沼气发酵罐的运行状况并作适当调整，设备运行的人力成本比较高。

发明内容

本发明所需解决的技术问题是：提供一种能实时监控沼气发酵罐中沼液的温度、沼液的PH值及二氧化碳浓度的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，包括：参数采集系统、执行系统、单片机控制系统、HMI触摸屏和远程通信控制系统；所述的参数采集系统包括设置于沼气发酵罐中的传感器组；所述的单片机控制系统包括单片机、第一运算放大器、第二运算放大器、继电器组和能与网络基站进行通信的第一GPRS模块，传感器组的信号输出端通过第一运算放大器与单片机的信号输入端相连接，将传感器组监测到的模拟信号发送给单片机，单片机的控制信号输出端与执行系统相连接，单片机的二个串行通信口分别与HMI触摸屏和第一GPRS模块相连接，HMI触摸屏能与单片机进行信号传输，调用、存储单片机中的数据，以及给单片机发送控制信号以控制执行系统的运行；所述的执行系统包括：进料装置、温度调控装置和加碱装置，温度调控装置通过第二运算放大器与单片机的控制信号输出端相连接，接收并执行从单片机的控制信号输出端输出的控制信号，进料装置和加碱装置分别通过继电器组与单片机的控制信号输出端相连接，接收并执行从单片机的控制信号输出端输出的控制信号；所述的远程通信控制系统带GPRS模块组，远程通信控制系统能通过GPRS模块组、网络基站与第一GPRS模块进行信号传输，调用、存储单片机中的数据，以及给单片机发送控制信号以控制执行系统的运行。

进一步地，前述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其中，所述的传感器组包括分别设置于沼气发酵罐中的温度传感器、PH值传感器和CO₂浓度传感器，温度传感器、PH值传感器和CO₂浓度传感器的信号输出端均通过第一运算放大器与单片机的信号输入端相连接。

进一步地，前述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其中，在单片机中设置有警报模块，警报模块能通过单片机将警报发送给HMI触摸屏和远程通信控制系统。