一種汙泥堆肥快速好氧發酵工藝裝備及工藝過程自動控制方案的製作方法
2023-10-24 16:45:27
本發明涉及汙泥堆肥好氧發酵技術領域，具體說是一種汙泥堆肥快速好氧發酵工藝裝備及工藝過程自動控制方案。
背景技術：
隨著我國經濟建設的高速發展和城鎮化進程的加快，城市汙水（包括工業汙水和生活汙水）的排放量急劇增多，而汙水處理過程中產生的汙泥也隨之大量增加。據有關資料統計，截止2013年底，年產生含水率80%的溼汙泥已經突破3800萬噸，預計到2020---2025年汙泥年產量將突破6000萬噸。雖然城市汙水得到了治理，但如此龐大的汙泥量如果不能妥善處理就隨意排放到自然界中，將對地下水源、地表水、土壤及空氣在內的嚴重二次汙染，給城鄉環境與人民生活健康帶來極大的危害。目前我國汙泥有近80%沒有得到妥善處理，隨意亂倒、堆放，造成的二次汙染已經凸顯出來，引起了全社會及各級政府的廣泛關注。
城市汙泥處理方法主要有「衛生填埋」、「建材利用」、「焚燒」和「土地利用」等。衛生填埋具有投資少、實施快、方法簡單、處理規模大等特點，但這一方法沒有從根本上對汙泥中的有機物進行處理和控制，只是將汙泥進行簡單的搬運和暫存，並且佔用大量的土地資源，是一種不可循環的處置方式。汙泥建材利用雖然能對資源有效利用，但由於目前利用汙泥製造出來的磚成本太高，而生產出來的磚本身難以達到建材標準要求，汙泥處理廠無法承受高額成本而受到限制。汙泥焚燒雖然處理徹底，可以大大減少汙泥的體積及重量，處理速度快，但汙泥焚燒處理成本非常昂貴以及焚燒後產生的有毒有害氣體難以處理。相比之下，汙泥經過堆肥好氧發酵處理後對提高汙泥土地利用具有投資少、能耗低及運行成本低等特點，並且汙泥中的營養物質可得到資源化利用，研究結果表明汙泥堆肥好氧發酵是當前符合我國國情的最經濟、最有價值的處理方式。
汙泥堆肥好氧發酵工藝過程一般分為一次堆肥和二次堆肥。其中一次堆肥包括原輔料預混、堆肥好氧發酵、翻拋、曝氣供氧、除臭等工藝操作環節。而一次汙泥堆肥好氧發酵工藝過程對汙泥減量化、無害化及穩定化處理起到了關鍵性的作用，並且要控制的因素比較多，如水分、溫度、透氣性及通風供氧，在諸多因素中，汙泥堆體溫度變化是衡量汙泥堆肥好氧發酵是否正常的關鍵指標，也是反映汙泥堆體發酵是否正常的最直接、最敏感的指標。對汙泥堆肥堆體溫度的要求在正常情況下可概括為一次堆肥發酵過程中，前期溫度上昇平穩，中期高溫維持溫度變化要適度、後期溫度下降緩慢。一次堆肥發酵前期溫度變化一定要處理好「快」與「穩」的關係，即堆肥發酵起溫要快，但溫升不能過快，要儘可能的平穩；一次堆肥中期高溫維持的溫度變化要適度，最好控制在550C---650C，不要超過700C，溫度過高會使堆肥物料『燒結』，總之，在汙泥堆肥好氧發酵過程控制中，溫度是一個最重要、最直接的控制因素，此外向堆體內及時供氧也是促進汙泥堆肥好氧發酵過程中不可缺少的一個重要指標。但是目前國內、國外在控制這兩項關鍵指標上的工藝措施上論述較少，特別是汙泥堆肥好氧發酵的初始期（即布料結束），能否找到快速平穩起溫、及時供氧的一種工藝措施還沒有可借鑑的經驗。目前初期發酵溫度環境還是靠堆肥堆體自然升溫來緩慢滿足物生物繁殖條件，一般需要3天左右的時間才能進入快速升溫周期，這樣就導致了整個堆肥發酵周期的加長。而曝氣在沒有對其溫度有加熱和控制手段的情況下是不能在堆肥升溫過程中送氣供氧的，在升溫階段送氣會使堆體溫度迅速下降，發酵不能進行。目前曝氣供給一般是在堆體溫度達到一次堆肥中期高溫發酵期的高溫上限時才開始向堆體內供氧送風，這時送曝氣的主要目的是使堆體溫度降溫，而發酵初始期應然是靠堆體物料自身的氧氣含量和堆體外界空氣自然進入堆體內所帶入的氧分來提供微生物繁殖所需的氧分，這就制約了汙泥好氧發酵過程中需要的大量氧分的來源，因為沒有在發酵初期就向堆料中送含有發酵初始溫度要求的供氧條件，並且沒有隨著堆體溫度逐漸升高而使曝氣也隨著逐漸升高的工藝裝備來保證，導致發酵初期的溫度、供氧條件的不具備，靠自然升溫和供氧，會存在汙泥堆肥好氧發酵腐熟周期長、產品質量不穩定的缺陷。同時由於在發酵初期沒有及時供氧，堆肥物料在自身重量作用下，會導致物料壓實，對後期曝氣供給的透氣性造成影響，也是影響產品質量不穩定的因素。
目前我國在汙泥堆肥好氧發酵的自動控制方面相對國外發達國家相差甚遠，目前國內引進的大型汙泥堆肥好氧發酵成套設備存在能耗高、投資大、設備昂貴且複雜、維護困難、運行成本高等缺點，並不完全符合我國國情。尋找一種符合我國基本國情的汙泥堆肥快速好氧發酵工藝裝備是當前迫切需要解決的問題，包括開發出汙泥處理規模大、處理速度快、環保、高效、耗能低的汙泥堆肥好氧發酵技術及國內外設備的高度集成、堆肥工藝過程數據的自動採集、在線數據實時監控、數據自動分析、數據自動記錄、數據自動歸檔以及汙泥堆肥好氧發酵工藝過程自動控制的實現是擺在我國廣大工程技術人員的一項艱巨任務。
由於汙泥堆肥好氧發酵微生物繁殖的最佳初始溫度一般在（250C---350C）範圍內，這個溫度範圍最有利於微生物的生長繁殖，如何在堆肥發酵初期，也就是布料剛結束就迅速滿足這一工藝參數要求，使堆肥能快速進入高溫發酵期、縮短整個發酵周期、降低成本至關重要。在我國北方地區上述這個工藝參數更為重要，特別是我國北方地區冬季進行汙泥堆肥好氧發酵連續作業就更顯得上述初始溫度的重要性，冬季溫度過低（100C以下），會導致汙泥堆肥好氧發酵堆體內微生物分解、降解反應速度過慢，質量不穩定，嚴重時可導致發酵失敗。
目前我國汙泥堆肥好氧發酵過程產生的水蒸汽及氨氣（即人們俗稱的臭氣）不能及時有效的進行收集處理，導致屋面向下滴冷凝水，冷凝水落入發酵槽內的物料上，對物料發酵質量產生影響，嚴重腐蝕廠房結構和發酵車間內的設備。現在普遍採用的向發酵車間內送風、除臭系統的抽風不能對水蒸汽和臭氣進行有效收集，特別是我國北方的冬季，送進發酵車間內的空氣是冷空氣，會對車間內溫度造成下降，同時送入的冷空氣與發酵過程產生的熱蒸汽發生交匯，更加快了冷凝水的產生速度，導致汙泥堆肥好氧發酵環境惡化。
目前汙泥堆肥好氧發酵的布料方式多數採用工程裝載機布料，也有少數採用與翻拋機共用同一軌道的布料機與皮帶輸送機配合布料，採用工程裝載機布料經常出現由於司機不慎碰壞發酵槽壁的現象，同時工程裝載機自重較重，對布料過程散落到地面上不能及時清理的物料進行壓實，導致後期清理困難，對曝氣通風不利，也對發酵槽地面產生影響，會出現地面裂紋。軌道布料機雖然能克服工程裝載機的缺陷，但實現自動布料需要有皮帶輸送機配合，另外從一個發酵槽到另一個發酵槽布料，皮帶輸送機需要跟著移位，不利於實現自動布料過程，同時布料機不能實現自動出料功能。
曝氣管道是用於向發酵槽內供氧並通過供氧給高溫發酵期中的過高溫度降溫，其作用是使曝氣均勻分布到汙泥堆肥堆體物料內部，維持發酵槽內的物料內部均勻好氧狀態，要想維持曝氣分布均勻，就要在曝氣管路鋪設上儘可能減少壓力損失，曝氣管路的壓力損失主要來源於管道的沿程壓力損失，局部壓力損失，管道直徑越小、長度越長壓力損失就越大，管道拐彎處越多，局部壓力損失越大。管道壓力損失佔曝氣系統壓力損失的80%左右，而物料堆體對曝氣的阻力所造成的壓力損失僅佔20%左右。所以合理布置曝氣管路對減少壓力損失、使發酵槽內曝氣均勻分布至關重要。曝氣管路分為曝氣主管路和曝氣支管路，過去一直沿發酵槽長度方向上鋪設支管路，導致壓力損失大、池內曝氣壓力不均，局部形成厭氧發酵，產生大量臭氣，對汙泥堆肥好氧發酵質量造成影響，產品質量不穩定。另外還有多個發酵槽集中供氣的形式，導致一個發酵槽出現故障停機維修時造成全線停止供氣，對整個汙泥堆肥好氧發酵造成影響，同時曝氣管路系統的設計也沒有考慮機械冗餘。空氣蓄能儲氣罐能有效解決曝氣連續供給時的壓力、流量穩定，但目前應用較少。
就目前現有技術，用於翻拋機在發酵槽之間移位的移位車，均採用手動控制，用肉眼觀察移位車上面安裝的軌道與發酵槽上面安裝的用於翻拋機運行的軌道是否對齊，即便是安裝行程開關控制也是粗略對齊，還需要人工精調才能使在發酵槽上的軌道與移位車軌道準確對齊，不能實現在發酵過程對翻拋機自動移位控制，降低翻拋機作業效率、增加人工成本。
技術實現要素：
一、本發明的汙泥堆肥快速好氧發酵工藝裝備由幾下幾大部分構成：
（1）、堆肥發酵槽系統48：如圖1、圖2所示，它由發酵原料24、發酵槽池壁25、安裝在發酵槽池壁25上平面的H型鋼23、翻拋機49和數據採集車46及運行軌道22構成。其中的H型23鋼安裝在池壁上平面的預埋件26上，翻拋機和數據採集車運行的導軌22安裝在H型鋼23的上表面上，翻拋機、數據採集車在驅動電機作用下，滾輪28可沿軌道22上行走，上述設備均裝在發酵間78車間內；
（2）、堆肥發酵供氧曝氣系統：如圖1、圖4及圖6所示，它由曝氣主管路44、墊在主管路上面的硬木墊塊33、曝氣支管路43、鋪設在支管路上方並與發酵槽底地面滿鋪的隔料透氣編織簾35、儲能儲氣罐60、流量比例控制閥65、冗餘管路67和閥門61、風機出口閥門62、風機63、帶有溫度調節功能的電加熱換熱器64、和帶有溫度調節功能的熱水加熱換熱器66、太陽能光伏發電系統2、含有鍋爐房57和鍋爐58的鍋爐供熱系統、安裝在供熱管路41上的閥門56和安裝在回水管路42上的閥門59構成；
（3）、發酵槽地面內保溫加熱系統：如圖1、圖4、圖10及圖11所示，它由發酵車間地面素土36、素土上方做的混凝土找平層32、保溫層31、碳纖維加熱膜30、熱水盤旋管112、發酵槽地面29、地面溫度檢測熱電偶40及太陽能光伏發電系統2構成；
（4）、汙泥混料、布料系統：如圖1及圖2所示，它由汙泥料倉80及皮帶傳送機82、輔料料倉85及皮帶輸送機88、腐熟回用料料倉97及皮帶輸送機94、混料機90及皮帶輸送機79構成混料系統。由帶有雙梁14的行車式機械手布料機10與混料皮帶輸送機79配合一起構成布料系統，上述設備分別布置在混料間92和發酵間78內，混料間和發酵間設置在廠房1內。混料間92與發酵間78設有隔牆75，隔牆75上設有混料皮帶輸送機79穿過的洞口76；
（5）、發酵車間除臭、送風系統：如圖1、圖2所示，它由集氣罩9、除臭管道5、集中管道54、連接管道5和管道54可伸縮的軟管道55、引風機53、生物除臭裝置52、除臭間51、煙囪50構成除臭系統。由鼓風機39、給空氣加熱的熱水換熱器37、送風管道20及與送風管道相連的出風口21構成了向發酵間78送風系統；
（6）、工藝裝備自動化控制系統：如圖8所示，它由上位機觸控螢幕113、整個工藝裝備控制系統主站114、用於翻拋機控制的從站（1）115、用於數據採集車控制的從站（2）116、用於行車式機械手布料機控制的從站（3）117、用於混料系統控制的從站（4）118、用於送風除臭系統控制的從站（5）119、用於曝氣及熱交換系統控制的從站（6）120構成。其中的觸控螢幕113用於操作員操作設備和數據自動記錄、數據自動對比分析、數據自動歸檔，而主站114除協調各從站之間的通訊外還肩負著碳纖維加熱膜對發酵槽地面的加熱控制；
（7）、發酵工藝過程的數據實時在線採集系統：如圖9所示，它由熱電偶109、堆肥堆體內氧氣含量檢測探頭111、發酵過程產生的氨氣含量檢測裝置110和用於安裝上述測量探頭和裝置的數據採集車46構成了數據實時在線採集系統；
（8）、用於翻拋機49、數據採集車46在發酵槽之間進行移位的移位車104在發酵槽兩端各布置一臺，其中一臺用於翻拋機在發酵槽之間移位，另一臺用於數據採集車在發酵槽之間的移位，移位車的驅動系統是數字全閉環交流伺服驅動器和交流伺服電機，用於位置反饋的元件是WCS位置編碼系統或雷射測距系統，確保移位車運動位置精確，以便移位車上邊的軌道與發酵槽池壁上邊的軌道準確定位，實現翻拋機、數據採集車根據工藝要求在發酵槽之間自動移位。
二、本發明的汙泥堆肥快速好氧發酵的工藝過程自動控制如下：
（1）、為汙泥堆肥好氧發酵微生物繁殖創造最佳初始工藝參數實施自動控制；
（2）、為汙泥堆肥好氧發酵工藝過程的數據自動採集、數據自動記錄、數據自動對比分析和數據自動歸檔實施自動控制；
（3）、為汙泥堆肥好氧發酵混料、布料、出料實施自動控制；
（4）、為汙泥堆肥好氧發酵車間送風、引風除臭、集氣罩上下運動實施自動控制；
（5）、對數據採集車作業、翻拋機作業和用於數據採集車、翻拋機在發酵槽之間移位的移位車實施自動控制。
三、為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
（1）、為了達到汙泥堆肥好氧發酵腐熟速度快、無害化處理切底和堆肥產品質量穩定、縮短發酵周期和達到降低成本的目的，本發明採用了一種發酵槽地面內部帶有保溫結構、帶有碳纖維加熱膜加熱（春、夏、秋季使用）和熱水盤旋管加熱（冬季使用）以及曝氣供氧帶有熱交換系統的槽式發酵槽結構。同時改進了曝氣管路鋪設形式，由過去的曝氣支管路沿發酵槽長度方向鋪設改為曝氣主管路沿發酵槽長度方向鋪設，支管路沿發酵槽寬度方向鋪設並設有蓄能儲氣罐。其目的是使整個發酵槽沿槽體長度方向布氣均勻、壓力穩定的有益效果。改善由於支管路過長造成的沿程壓力損失大和管路拐彎過多造成的局部壓力損失，改善發酵槽內供氣不均的缺點；
（2）、該槽式發酵槽結構可以改善汙泥堆肥好氧發酵初始工藝條件，如布料前就對槽底地面加熱，堆肥物料布料結束後能迅速向發酵槽內供有一定溫度曝氣，達到迅速供氧目的，由於布料後，堆體還沒有由於物料自重壓實就實施通風供氧，可以改善物料的透氣度，使物料微生物達到最佳繁殖速度的初始工藝條件；
（3）、本發明的曝氣電加熱熱交換器和發酵槽底採用碳纖維加熱膜電加熱，均採用節能、環保的太陽能光伏發電系統供電，可大大降低汙泥快速好氧發酵的能耗。地面加熱、曝氣加熱採用兩種加熱形式，春、夏、秋季採用太陽能光伏發電系統給碳纖維加熱膜、電加熱換熱器供電，冬季可採用鍋爐熱水給地面盤旋管、熱水換熱器供熱，達到地面和曝氣加熱的目的。向發酵槽送入的曝氣溫度隨發酵物料溫度的升高而升高，當汙泥發酵堆體溫度接近400C時，就可以對曝氣加熱、碳纖維膜加熱斷電（春、夏、秋季），冬季可以通過閥門關閉供給盤旋管的熱水，同時關閉熱水換熱器的熱水並停止曝氣供給，靠汙泥堆肥好氧發酵自身微生物的分解、降解產生的熱能就能快速進入高溫階段（550C---650C）；
（4）本發明的電動升降集氣罩在布料結束、堆體物料不進行翻拋作業時，可以下落到有利於集氣的指定高度，配合車間送風、除臭引風系統可有效控制發酵過程中產生的水蒸汽和臭氣（即氨氣）向發酵車間內擴散，減少冷凝水的產生，而冬季向車間內送風是通過熱水熱交換器加熱後送入車間內，可保證向發酵車間內送入的空氣在200C以上，可有效避免冷空氣與發酵產生的水蒸汽交匯，可有效減少車間內冷凝水的產生，改善發酵環境，減少對廠房結構和設備的腐蝕；
（5）、本發明採用行車式機械手布料機自動布料，通過行車大車縱向行走、以及行走在大車橫梁上的橫向小車左右運動和在橫梁小車內機械手臂的上下運動，既能實現行車式機械手布料機定點上料，按程序控制向發酵槽布料，同時利用該機械手布料機還可以實現自動出料。有效減少工程裝載機對發酵槽池壁的碰撞，減少地面物料壓實後的清理難度和對地面產生由於荷載的變化而發生的裂紋現象，克服了軌道布料機與皮帶輸送機配合上料時，由於軌道布料機在不同的發酵槽布料時需要移動皮帶輸送機帶來的不便；
（6）、本發明的控制系統採用西門子S7-1500或S7-300站作為整個工藝過程控制的主控系統，即稱為主站114，主站114內設有電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入輸出模塊、數字量輸入輸出模塊和通訊模塊，廠房內的行車式機械手布料機、翻拋機、數據採集車、混料系統、送風除臭系統和曝氣熱交換系統上都裝有與S7-1500或S7-300配套使用的ET200SP或ET200M從站控制系統，主站114與從站的數據交換根據現場實際情況可採用PROFIBUS-DP總線或PROFINET工業乙太網和無線通訊方式，可大大減少廠房內鋪設通訊線纜的麻煩和不便。系統上位機為西門子的觸控螢幕113，可實時自動記錄來自數據採集車的數據、並自動與事先設定的數據進行對比分析和將數據自動進行歸檔，對摸索最佳工藝過程控制參數提供參考數據；
（7）本發明的設備驅動系統採用國外進口的數字變頻交流驅動系統，該系統應用在曝氣風機的電機、抽送風系統的電機、翻拋機行走電機、翻拋機滾筒轉動電機、數據採集車行走電機及所有皮帶輸送機電機上進行變頻調速，而行車式機械手布料機由於運行速度快，位置精度要求高，同時也是整個發酵車間內用於布料、出料的核心機械，行車式機械手布料機的縱向、橫向和上下運動的機械手臂的驅動系統和電機均採用全數字閉環交流伺服驅動系統和交流伺服電機。同樣用於翻拋機、數據採集車在發酵槽之間進行移位的移位車，由於位置精度要求高，為能實現翻拋機、數據採集車在發酵槽之間自動移位，要求移位車上邊的軌道和發酵槽池壁上邊的軌道應自動對中，所以也採用了數字全閉環交流伺服驅動系統和交流伺服電機，用於伺服驅動系統的位置反饋元件均採用WCS位置編碼系統或雷射測距，位置反饋元件實時採集實際運行距離，可實現惡劣環境正常檢測工作,這樣在整個發酵車間內可實現行車式機械手布料機和移位車速度、位置精度的可靠控制，又能根據實際情況隨時調整運動參數，真正實現生產過程的柔性控制要求。由於整個發酵過程中所用到的主要設備均採用了數字變頻調速系統，該系統是一種高效節能系統，節能效果顯著，可大大降低汙泥堆肥好氧發酵過程的能耗，降低整個發酵過程的運行成本。
附圖說明
圖1為發酵廠房1立面圖；主要示意臭氣集氣罩9、行車式機械手布料機10、發酵槽壁25、待發酵原料24、翻拋機49、翻拋滾筒27、發酵車間78內的送風管道20及出風口21及太陽能光電板2。
圖2為發酵廠房1（A-A）剖面平面布置圖；主要示意曝氣系統主管路44、支管路43及其開孔45、混料機90及其上料設備、鍋爐房57及鍋爐58、除臭間51及生物除臭裝置52、煙囪50、引風機53、引風管道54、集氣管道5與引風管道54對接的軟管道55、發酵車間送風機39、空氣熱水交換器37、安裝在進水及回水管道上的閥門38及向車間送風管道20。
圖3為發酵廠房1（A-A）剖面平面布置圖；主要示意數據採集車46、翻拋機49俯視圖，翻拋機、數據採集車在個各發酵槽之間移位的移位車104及其移位車的地面軌道100。
圖4為圖1剖面局部放大M1視圖；主要示意發酵車間地面素土36、曝氣主管道44及墊在主管道上面的硬木墊塊33、曝氣支管路43、混凝土找平層32、保溫層31、碳纖維加熱膜30、發酵槽地面29、在曝氣支管上滿鋪在發酵槽地面上的隔料透氣編織簾35。
圖5為圖1（B-B)剖面圖；主要示意集氣罩上下運動的鋼絲繩4和7，鋼絲繩捲筒6、滑輪3、聯軸器106、聯軸器107和用於驅動集氣罩運動的減速電機108。
圖6為圖2局部放大圖M2；主要示意曝氣供氧風機63、風機管道閥門62、蓄能儲氣罐60、安裝在曝氣管路之間的冗餘管路67及其閥門61、電加熱換熱器64、熱水加熱換熱器66以及流量控制比例控制閥門65，兩種換熱器均帶有自動控溫系統。
圖7為圖2局部放大圖M3；主要示意安裝在行車式機械手布料機上機械手臂的抓斗17、驅動機械手臂上下運動的電機70及其安裝在驅動電機輸出軸上的齒輪69和與齒輪69嚙合的安裝在機械手臂上的齒條68、機械手臂上下運動的導向輪12、機械手臂整體橫向移動小車71、橫向移動小車滾輪13、驅動橫向小車移動的電機73及其一對相互嚙合的齒輪72，其中一個齒輪安裝在電機73輸出軸，另一個齒輪安裝在滾輪13的傳動軸上。
圖8為整個汙泥發酵工藝裝備控制系統圖；主要示意用於發酵過程中數據的自動記錄、數據自動分析、數據自動歸檔的觸控螢幕113、系統控制主站114、控制翻拋機工作的從站（1）115、控制數據採集車的從站（2）116、控制行車式機械手布料機的從站（3）117、控制混料系統的從站（4）118、控制送風除臭系統的從站（5）119、控制曝氣及熱交換系統的從站（6）120。
圖9為數據檢測車；主要示意堆肥堆體中氧氣含量檢測探頭111、堆肥堆體物料溫度檢測探頭109及氨氣檢測儀110。
圖10為發酵槽內地面從下到上各層結構之間的鋪設關係，對應該圖所示是從左到右與鋪設結構的對應關係示意圖。
圖11是在碳纖維加熱膜31上鋪設熱水盤旋管112加熱形式的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖（1-11）詳細說明此技術方案的具體實施過程，本發明要解決的問題是通過實施一種汙泥堆肥快速好氧發酵工藝裝備及其工藝過程自動控制，找到汙泥堆肥好氧發酵過程初期（布料結束），促進微生物繁殖的最佳初始工藝參數以及獲得這一工藝參數對工藝裝備的自動控制方案，實現數據實時自動採集、自動記錄、自動分析、自動歸檔及大規模機械化作業過程自動控制。與此同時可以縮短汙泥堆肥好氧發酵周期、降低大量人工成本，通過對這種工藝裝備及其工藝過程自動控制達到快速實現汙泥處理減量化、無害化、穩定化的目的。
要想對整個汙泥堆肥快速好氧發酵工藝裝備實施自動控制，其首要條件是自動化控制系統必須具有系統自檢功能，由主站控制系統對所有控制從站是否處於正常工作狀態進行自動檢測，並由觸控螢幕顯示「系統正常」狀態提示，只有整個控制系統處於正常狀態後方可對汙泥堆肥各工藝裝備實施全自動控制，若系統檢測某個控制從站有問題，觸控螢幕會自動提出有問題的從站號，並根據程序預先設定的故障報警給出故障提示，以便維修人員有目標進行維修，縮短維修停機時間。
構成汙泥堆肥好氧發酵微生物最佳繁殖的主要初始工藝參數有溫度、氧氣含量及物料含水率，其中物料的含水率是在控制汙泥含水量（80%）左右，再將汙泥與輔料、腐熟料按一定的比例混合，達到汙泥堆肥好氧發酵混合後物料含水率在60%左右的要求，一般汙泥好氧發酵最佳微生物繁殖的初始工藝參數是溫度在（250C---350C）範圍內，物料含水率在60%左右，氧氣含量在（10%---20%）/VOL範圍內。由於物料含水率是在混料過程嚴格控制的，那麼控制發酵溫度和氧氣含量就成為汙泥堆肥好氧發酵最佳微生物繁殖的兩個主要工藝參數。從本發明的圖1、圖4可以看出汙泥堆肥好氧發酵槽地面29下方設有保溫層，可有效防止汙泥堆肥初期升溫過程中溫度向槽底地面下方擴散，影響物料堆體的初始升溫過程，同時發酵槽地面下方設有碳纖維加熱膜30和熱水盤旋管112對地面進行加熱，由太陽能光伏發電發出的電能通過儲能裝置向碳纖維加熱膜30供電（春、夏、秋季節），冬季由熱水向盤旋管供熱，使發酵槽底地面29溫度達到（250C---350C）範圍內，測量該溫度參數是通過地面下埋設的熱電偶40檢測地面溫度，並把檢測的數據實時發送給控制主站114，主站114控制碳纖維加熱膜的供電電流，構成PID閉環控制，冬季可以控制盤旋管熱水管路上的電磁閥來控制熱水的開或關，使溫度能穩定在設定的溫度範圍（250C---350C）內，另外在布料結束後，通過曝氣鼓風機63向蓄能儲氣罐60送風，經過電加熱換熱器64加熱曝氣（春、夏、秋季），冬季用熱水熱交換器加熱曝氣，通過曝氣主管路44、支管路43及支管路上開設的通風孔45向發酵槽48內物料24送暖風並達到及時供氧目的，空氣溫度控制在（280C---380C）範圍內，控制空氣溫度是換熱器內部（電加熱、水加熱）自帶控溫功能實現的。經過上述給碳纖維加熱膜30供電加熱地面29（春、夏、秋季），冬季通過給盤旋管112供熱水加熱地面29和加熱曝氣這兩項措施，構成達到汙泥堆肥好氧發酵微生物最佳繁殖初始溫度和供氧的工藝條件，使堆體內微生物能在初始工藝條件下迅速繁殖，隨著物料發酵過程的進程，微生物不斷需要氧分，所需氧分由數據採集車上安裝的氧氣探測頭111採集，通過控制數據採集車的控制從站（2）116實時將數據傳回給主站114，由主站114向控制曝氣及熱交換系統的從站（6）120發出控制指令，由從站（6）120控制鼓風機變頻器使風機電機提高轉速，同時開大流量比例控制閥65，向發酵槽增加送風量，曝氣溫度隨堆體內溫度的升高而升高，這是主站114實時向曝氣及熱交換系統控制從站（6）120發送控制指令，由從站（6）120控制曝氣換熱器自動調節，當堆體溫度接近400C時，要對槽底碳纖維加熱膜30斷電（春、夏、秋季），冬季要停止向盤旋管內供熱水，這時靠堆體物料內微生物分解、降解產生的熱量使堆體溫度迅速平穩升高，使發酵能快速進入中期高溫階段（550C---650C），堆體溫度是通過數據採集車上的熱電偶109採集，通過控制數據採集車的從站（2）116將數據發送給主站114，再由主站114控制碳纖維加熱膜30斷電（春、夏、秋季），冬季通過控制熱水盤旋管管路上的電磁閥關閉，同時主站114向控制曝氣系統的從站（6）120發出控制指令，由從站（6）120控制曝氣加熱換熱器64（春、夏、秋季）、鼓風機63同時斷電並關閉流量比例閥65。當物料溫度達到高溫發酵溫度上限時（650C），向發酵槽內曝氣系統供自然風（春、夏、秋季），冬季可以向發酵槽內供加熱溫度在250C以上的熱風，熱風來源靠鍋爐房57內鍋爐58供給的熱水經熱水換熱器66與空氣進行熱交換，溫度由熱水換熱器內部自帶的調節系統實現，避免冬季直接向發酵池內送冷風（100C以下），以便對微生物繁殖造成影響。曝氣送風或停止送風的控制過程是由數據採集車採集物料的高溫發酵溫度，並實施將數據發送給主站114，由主站114向控制曝氣系統的從站（6）120發送指令，當物料溫度達到高溫上限時，由從站（6）120控制風機通電並將流量比例閥65開到最大，當溫度達到高溫發酵下限時，由從站（6）120控制風機斷電並關閉流量比例閥65。反覆對風機通電或斷電、流量比例閥的開或關能使物料穩定在高溫發酵的溫度（550C---650C）範圍內。
混料間92內的各上料設備與混料設備的自動控制：由圖2所示，汙泥堆肥好氧發酵工藝設有混料間92，混料間92內設有汙泥料倉80及皮帶輸送機82、輔料料倉85及皮帶輸送機88、腐熟料倉97及皮帶輸送機94、混料機90及皮帶輸送機79，汙泥堆肥好氧發酵所用原料汙泥、輔料秸稈、腐熟料按照一定比例進行充分混合，混合後送入發酵槽48內進行發酵，為了使三種原輔料能按比例均勻送入混料機90的上料鬥93內，在三個料倉下倉門開口一定的前提下，由於各皮帶輸送機的電機均為變頻調速，控制各皮帶輸送機的傳輸速度，就能使三種物料按一定比例均勻送入混料機90的上料鬥93中，通過混料系統的從站（4）118的計時器對上料進行計時，能可靠控制送入混料機90的物料多少，並與混料機的混料能力相適應，當混料機90上滿物料時，控制從站（4）118同時控制關閉3個料倉各自下部的倉門81、87和96，同時給驅動3個皮帶輸送機的電機84、95、99斷電使其停止運行，3個料倉門的開啟或關閉是通過3個氣缸83、86和98實現的，混料機90在3個料倉上料前就已經開機，為混料做準備，在驅動電機89的驅動下對機內物料進行充分混合，通過從站（4）118的計時控制來確定混料是否充分，當混料時間到，通過下部氣缸91自動打開混料機下部倉門105，同時啟動混料皮帶輸送機79將物料送入已在指定位置等待的行車式機械手布料機的抓斗17內，混料機90完成一次混料過程。根據抓斗17容積和混料機90每次的混料量確定混料機90向抓斗17內輸送物料的次數，輸送的次數由從站（4）118的計數器實現計數，可通過混料皮帶輸送機79開啟的次數計數上料次數，當計數次數到，行車式機械手布料機會把物料送入指定的發酵槽48內，通過液壓缸16使抓斗17張開，把物料倒入發酵槽48後，在液壓缸16作用下，使抓斗17合上，然後行車式機械手布料機再回到接料位置等待混料皮帶輸送機79上料，經過數次循環完成布料過程，整個混料和布料過程均是在主站114控制下發出各種指令協調行車式機械手布料機控制從站（3）117和混料系統控制從站（4）118實現各機械動作，按照預定程序自動完成。
行車式機械手布料機10、混料皮帶輸送機79及集氣罩9相互配合，實現向發酵槽48的自動布料：如圖1、圖2和圖7所示，本發明採用了行車式機械手布料機10與混料皮帶輸送機79相互配合實現向發酵槽48布料的自動控制。行車式機械手布料機大車兩端的輪子通過驅動電機74沿軌道19縱向運動，軌道19安裝在行車梁18的上平面上，行車梁18安裝在帶有牛腿15的立柱上，橫向移動小車71通過驅動電機73、一對相互嚙合的齒輪72驅動滾輪13沿著雙橫梁14做左右橫向運動，其中一個齒輪裝在電機73的輸出軸上、另一個裝在滾輪13的傳動軸上，行車式機械手布料機的機械手臂11在驅動電機70、裝在電機70輸出軸上的齒輪69和與其嚙合的齒條68帶動機械手臂11上下運動，齒條68裝在機械手臂上，機械手臂11上下運動由導向輪12為其導向，這樣可實現裝在機械手臂上的抓斗17可在三個坐標方向上任意運動，通過這3個方向的運動可以對任意發酵槽48實施布料。首先行車式機械手布料機的抓斗17運動到混料機的皮帶輸送機79出料處等待接料，控制皮帶輸送機79的上料次數即可控制抓斗17內的物料是否上滿，當輸送機79的上料次數到，輸送機79停止上料，行車式機械手布料機10按照程序指定的發酵槽48進行布料，當行車式機械手運動到指定布料位置後，由液壓缸16驅動抓斗17張開，將物料倒入發酵槽內，然後行車式機械手布料機10再回到混料皮帶輸送機79處接料，這時抓斗通過液壓缸16驅動已合上，反覆重複上述動作，直至布料結束為止。行車式機械手布料機10是在從站（3）117控制下執行各種程序動作，混料皮帶輸送機79是在混料系統控制從站（4）118控制下實施各種程序動作，從站（3）117和從站（4）118控制各管轄的設備動作是由主站114按程序統一協調，即主站114向從站（3）117發出控制指令，由從站（3）117控制行車式機械手作業，當動作結束時向主站114發回反饋信號，並由主站114對從站（4）118發出控制指令，從而實現對混料皮帶輸送機79作業，通過上述的控制過程實現了行車式機械手布料機的自動布料過程，行車式機械手布料機與皮帶輸送機79以及混料系統的配合是在程序控制下自動完成的。出料同樣是在主站114控制下協調控制從站（3）117按預定程序控制行車式機械手布料機，利用機械手臂抓斗17將發酵槽48內腐熟料抓出，送到運輸車上，由運輸車送到指定的位置完成出料過程。上述的布料、出料完全實現自動控制，真正達到了機械化作業。可大大減少作業人員，降低汙泥處理處置運行成本。在行車式機械手布料機10向發酵槽布料之前，由主站114向從站（5）119發送控制指令，再由從站（5）119控制集氣罩9升到最高位置，以不妨礙機械手運動為原則，行車式機械手布料機10、混料皮帶輸送機79及集氣罩9的相互配合動作均是根據工藝要求事先編好控制程序下載到主站114系統內，由主站統一根據程序控制相應的控制從站完成指定的工藝動作。
車間送風除臭系統的送風、引風自動控制：如圖2、圖8所示，在汙泥堆肥好氧發酵過程中，微生物發生化學分解、降解反應，隨之產生熱量和氨氣，氨氣和熱量隨著發酵產生的水蒸汽一起向外散發，氨氣是一種臭味氣體，發酵過程產生的氨氣是通過數據採集車上安裝氨氣檢測裝置108進行檢測，當檢測到有氨氣散發時，通過數據採集車的控制從站（2）116向主站114發送指令，由控制主站114向送風除臭系統的控制從站（5）119發出啟動車間送風鼓風機39和除臭引風機53一起工作，將氨氣通過集氣罩9、集氣管道5、集中集氣管道54、連接管道5和管道54的集氣伸縮軟管55及引風機53引入除臭間51的生物除臭裝置52，通過生物除臭裝置除臭處理後通過煙囪50排放到大氣中。由於鼓風機和引風機均為變頻調速電機，鼓風機和引風機的轉速將隨著檢測氨氣的濃度增加通過控制從站（5）119對2颱風機進行無級調速，並隨氨氣濃度的增加而提高兩颱風機的轉速，從而實現對氨氣、水蒸汽處理的自動控制。
翻拋機49、集氣罩9的自動控制：如1、圖2和圖8所示，當物料堆體溫度在高溫發酵周期內已達到上限值且繼續升溫，送風起不到降溫目的時，主站114控制系統向控制翻拋機作業的從站（1）115發出指令，由從站（1）115控制翻拋機49對物料進行翻拋作業，使物料能得到全面降溫並與空氣廣泛接觸達到供氧目的，同時可將體內積聚的大量水蒸汽向外散發，當翻拋作業結束時，翻拋機自動回到原來的位置，等待下一次發出的作業指令。翻拋機是否作業是由數據採集車上的熱電偶109採集的溫度數據來決定，當物料溫度在風機滿負荷送風時，溫度還是居高不下並有繼續升溫趨勢時，就要實施翻拋作業。由於數據採集車是實時採集發酵物料堆體內的溫度，通過從站（2）116實時將數據發送給主站114，所以實施的翻拋作業是在事先編好的程序控制下自動控制的。在翻拋機49準備作業前，由主站114向由從站（5）119發出控制指令使集氣罩9升起到指定高度以不影響翻拋機49作業為準，當集氣罩9升起後通過從站（5）119給主站114反饋信號，主站向控制翻拋機49作業的從站（1）115發出指令，由從站（1）115控制翻拋機49作業。翻拋機49作業結束回到原位後，由從站（1）115向主站114返回作業結束信號，由主站114控制從站（5）119使集氣罩9下落到原始位置。集氣罩9的上升和下降是控制從站（5）119控制驅動集氣罩運動的電機108，由電機108通過聯軸器107、106驅動鋼絲繩捲筒6，其中鋼絲繩7直接繞在捲筒6上並與集氣罩吊環8相連，鋼絲繩4繞過滑輪3與集氣罩吊環8連接。總之集氣罩9的上升、下落要配合行車式機械手布料機布料、翻拋機翻拋作業來進行，所有這一切的協調作業均是在工藝要求下進行預先編程，將程序下載到主站114中，由主站114控制相應的從站自動完成要求的工藝動作。
翻拋機49、數據採集車46與橫向移位車104配合實現在各發酵槽之間的自動移位控制：如圖1、圖2、圖3和圖8所示，汙泥堆肥好氧發酵一般要根據發酵周期和日處理汙泥量的多少配備發酵槽，一個發酵槽一般以處理一天汙泥量居多，為節省設備造價投資，一般根據翻拋機翻拋作業能力和日處理汙泥量的多少配備翻拋機數量，對中等規模汙泥處理量（200t---300t/d）而言，一般配備2臺翻拋機居多，以便一臺出現故障時，不影響整個生產線停產。本發明在發酵槽兩端各配備了供翻拋機、數據採集車移位的移位車104，其中1臺移位車供數據採集車在發酵槽48之間移位循環檢測，另一臺供翻拋機在各發酵槽48之間移位進行翻拋作業，移位車的運動由主站直接控制，為保證移位車上面的軌道102與發酵槽上面的軌道22精確對中定位，移位車的驅動系統採用了數字全閉環控制系統。數據採集車46是根據每個發酵槽48布料結束後及發酵周期的長短每天至少對各發酵槽48內的物料24進行數次溫度、含氧量及氨氣檢測，根據每次檢測作業的時間分別控制數據採集車46在各發酵槽48巡迴作業排序，編好控制程序，由控制系統主站114與控制數據採集車46的控制從站（2）116相互配合，控制數據採集車46和移位車104實現在各發酵槽48之間自動進行移位。數據採集車要進行移位時，首先移位車在驅動伺服電機103驅動下，移位車滾輪101沿地軌100運動到數據車所在的發酵槽位，使移位車的上部軌道102與發酵槽壁上面的軌道22自動對齊，數據採集車46沿發酵槽上面的軌道22運動到移位車的軌道102上，再按照事先編好的程序指令移動移位車104到指定的發酵槽48，到位後，數據採集車46駛出移位車到發酵槽的指定位置進行數據採集，這時移位車原地等待數據採集車作業，以便數據採集車下次在發酵槽之間移位。數據採集車46在每個發酵槽48採集的數據通過數據採集車控制從站（2）116實時在線發送到控制系統主站114，並通過觸控螢幕113與主站114進行數據自動交換，觸控螢幕113會實時自動記錄數據採集車控制從站（2）116發給主站114的數據，並與事先設定好的數據進行比較分析，實時調整工藝控制過程，並將數據進行自動歸檔，以便和實際工藝參數進行比較，為進一步完善工藝參數創造有益效果。翻拋機49與移位車104配合在各發酵槽48之間移位與數據採集車的移位一樣，只是翻拋機49是根據某個發酵槽48的物料達到高溫發酵溫度上限且居高不下時，這個發酵槽48的物料就要進行翻拋作業，移位車104就將把翻拋機49送到需要進行翻拋作業的發酵槽48那裡去，翻拋作業是翻拋機的滾筒27轉動，由滾筒上的拋齒對物料進行翻拋，滾筒轉動的同時翻拋機沿軌道22移動實現翻拋作業，翻拋機在發酵槽之間的移位控制過程與數據採集車46的移位過程完全相同。
發明所採用的工藝裝備及其工藝過程自動控制是將國內外設備進行了高度整合，控制系統採用德國西門子S7-1500或S7-300作為主控系統，稱作主站114，根據控制要求配有與之配套的6個ET200SP或ET200M控制從站，用觸控螢幕113作為控制系統的上位機，主站114與從站的數據通訊根據現場情況可以採用PROFIBUS-DP總線或PROFINET工業乙太網和無線數據傳輸形式相配合，觸控螢幕113作為上位機對控制系統實施統一管理，可以實現對設備的手動控制和自動控制的相互轉換，在手動控制下還可以通過各設備的手動遙控開關對設備分別進行手動控制。觸控螢幕113可以實時記錄數據車發回來數據，並與事先設定的工藝參數實時進行比較分析，並將記錄的數據能自動歸檔，為進一步完善工藝提供參考依據。對於工藝裝備的主要設備，如翻拋機、數據採集車、混料機及皮帶輸送機的驅動電機採用國外進口數字驅動變頻器和交流變頻電機，對於控制位置精度要求高、運動速度快的行車式機械手布料機所有驅動電機、移位車驅動電機均採用國外進口全數字閉環交流伺服驅動器和交流伺服電機，以保證關鍵設備主要部件使用的安全性和可靠性，其餘部件均採用國產化部件。而對於翻拋機、數據採集車、移位車、混料機、皮帶輸送機、風機所用的其他機械部件均採用國內製作。這種配置方案可將國外高端設備與國產設備進行高度整合，可以大大降低全部引進國外進口設備的工程造價。對推動我國汙泥處理工藝裝備具有有益效果。
整個生產線需要人工作業的工序只有隔料透氣編織簾在發酵槽出料後需要人工進行清理，因為機械手布料機對發酵槽進行出料時，總要剩下很薄的一層物料不能清理出去，需進行人工清理，清理完物料後要將編織簾捲起，送到室外指定地點進行敲擊，使黏在編織簾上的物料清理乾淨，編織簾既能起到物料不與曝氣支管路接觸堵塞通氣孔的作用又能起到曝氣均勻分布的效果。曝氣主管路上方墊的硬木塊33是為了使鋪設主管路的水泥溝與發酵槽地面起到一平的效果，以免編織簾沉入溝內。