好氧堆肥过程中的氧气自动监测

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1、1.概述随着环保要求的逐年提高，厨余垃圾的分类处理，污水净化过程形成的副产品污泥处理，以及生物粪肥的循环利用等，都开始引入了好氧发酵技术。好氧发酵技术是一种实现有机固体废弃物无害化、减量化、资源化的有效手段，不仅可以经济、高效地解决城市污泥、畜禽粪便等固体废弃物的环境污染问题，而且如果使用得当，还可以有效改良土壤环境，提高土地生产效率。好氧发酵过程中，氧气是影响堆肥进程的关键因素，氧含量的多少决定了堆体中微生物的活性，直接影响了堆肥速率和堆肥质量。由于缺乏堆肥过程中氧气的有效监测手段，目前，国内大部分企业仍然以模糊控制为主，很大程度上降低了产出基肥

2、的质量。在深入了解堆肥过程要求后，结合现有的几种氧含量检测设备的技术特点，本文主要介绍（OMS—M系列）氧浓度监测设备在测定堆肥物料中的氧含量的应用。该产品核心部件是美国Honeywell双氧化锆传感器，氧化锆传感器具有耐高温的特性，其原理是以二氧化锆(ZrO2)为基础的动态氧气传感器，它以两块二氧化锆板形成的一个密闭空腔的动态过程作为测量基础。主要用于堆肥坑，堆肥窖以及堆肥实验器中氧含量的自动控制与监测。外部使用不锈钢防护装置对氧传感器探头进行保护，防护装置头部有进气孔，即保证堆肥物料中的气体可以顺畅扩散到探头附近进行实时准确测量，清洗方便，又防

3、止堆肥物料中的颗粒物质堵塞探头顶部的分子隔离栅导致敏感器件损坏。相比其它类型的氧量传感器，具有以下明显的优点：1)工作过程中无需参比气，特别适合使用在堆肥有氧发酵的自动化控制中和对于不易接近或封闭的系统（风道，容器等）中的氧气含量的测量。被测混合气体温度上限可达250℃。2)具有故障监测功能，无需使用额外的氧气传感器来保证可靠性。可以同时监测使用过程中自身的工作状态，报告电气线路和传感器的故障。测试数据的分析与处理通过一个由用户后置的设备来完成，该设备取决于用户的技术说明。（如：堆肥氧量控制，显示，测量仪表，可编程逻辑控制器PLC，通风系统等）3)

4、不需要专门人员和标准气体，在大气条件下即可自动完成校准。4)测量过程无需化学介质，使用寿命长于电化学传感器。5)本质上测量的是堆肥物料中混合气体的氧气分压，但通过校准，可以轻松的将输出转换为氧气的体积浓度。14传感器采用24V直流供电，可提供线性的0～10V（或4～20mA）和RS485数字信号输出,带有3位数码管显示和校准键。标准测量范围0.1～25vol%O2，并可提供0.1～100vol%O2中的任意量程产品。1.性能参数1.1.极限参数特性范围工作电压24VDC±5％工作电流最大450mA输出电压信号0～10V（阻抗1000Ω）输出电流信号

5、4～20mA（最大负载550Ω）输出RS485信号9600波特率，8数据位，无校验，1停止位环境温度-10～＋50℃（请注意避免太阳辐射）容许气体温度-100～＋250℃气体流量0～10m/s外壳重量600克（不包括杆状探头）壳体封装防护等级IP651.2.特性参数特性最小值典型值最大值单位上电预热时间（典型值输出）　30　s上电预热时间（稳定输出）510　min测量范围（氧分压）12501000mbar测量范围（体积百分比浓度）0.125100vol%O2分辨率　　12bit精度（FS）　　2%重复精度（FS）　　1%反应时间　　≤15s141.

6、工作原理系统原理方框见下图。24V直流电源输入后，一路用于产生系统内部的工作电压，一路用于氧探头的加热。经过一定时间的上电预热，氧探头中的二氧化锆，在达到700℃的工作温度后，由绝缘体成为氧离子导体。动态氧传感器独特的双锆盘结构，使氧探头、信号放大器、逻辑监测模块和离子泵形成稳定的负反馈回路。当温度稳定时，负反馈的脉冲输出信号的周期时间，与氧量成线性正比。单片机采集脉冲信号，经过运算和修正，输出0～10V模拟电压信号和4～20mA模拟电流信号。脉冲信号的输出端，同时作为故障报警信号的输出端，以及校准信号的输入端。外部输入TEST测试信号，控制测试模

7、块改变离子泵回路电流，从而模拟了氧量的改变，用以测试系统的工作状态是否反应良好。RS485总线通讯模块，除了完成氧量传输外，也可以软件命令的方式替代完成测试、自动校准和故障报警等硬件功能，极大的简化了后端设备的使用。TEST24V氧探头探头加热模块内部供电模块信号放大器离子泵测试模块电压输出模块逻辑监测模块单片机电流输出模块485通讯模块脉冲、故障报警输出校准输入数码管显示模块2.工作模式传感器采用复用的七插脚连接器及七芯现场电缆线连接下游单元。根据测试、校准和故障报警功能的后端连接方式不同，分为数字、串口两种工作模式，相应引脚定义如下表。14模拟

8、信号输出可以通过内部跳线选择0～10V电压信号或4～20mA电流信号。串口工作模式主要推荐RS485总线工作模式。UART