一种基于沼液回流的干发酵调控方法及系统与流程

本发明涉及厌氧发酵，具体为一种基于沼液回流的干发酵调控方法及系统。

背景技术：

1、厌氧发酵技术作为一种高效的生物质能转换方式，在可再生能源领域具有广泛的应用前景。厌氧发酵是一个复杂的生物化学过程，涉及多种微生物的协同作用。此过程对环境条件如温度、ph值、营养成分非常敏感，这些因素的变化直接影响发酵效果和沼气产量。为了提高发酵效率和沼气产量，必须实时监测发酵过程的关键参数，并据此调整发酵条件。

2、近年来，随着能源危机和环境污染问题日益严重，厌氧发酵技术在生物质资源转化、废弃物处理以及新能源开发等方面的重要性日益凸显。研究人员致力于优化厌氧发酵过程，提高发酵效率和产气率。其中，沼液回流策略被认为是一个关键因素。在厌氧发酵过程中，沼液回流可以提供必要的微生物生长基质，维持发酵罐内微生物群落结构的稳定。

3、随着自动化、智能化技术的发展，为提高厌氧发酵过程的调控水平，研究人员开始探索将先进的控制技术和人工智能算法应用于发酵过程优化。

4、在现有技术中，传统的厌氧发酵过程发酵效率低、产气率不稳定、能耗较高等，这些问题在一定程度上限制了厌氧发酵技术的商业化和规模化应用。同时，传统的沼液回流策略通常固定不变，无法适应发酵过程中微生物生长周期和代谢活动的变化，导致发酵效率不尽如人意。

5、目前相关专利cn116835839a仅能够实现沼液的部分回用、沼液中所含热能的部分回用及发酵原料的固含量调节，有助于提高沼液余热利用效率，增强沼气工程对不同固含量原料的适应性。

6、相关专利cn110055172a仅能实现通过plc控制系统自动控制干料湿料进料，运行厌氧发酵中自动控制厌氧发酵的温度和ph，自动控制沼液回流至进料端，在干料发酵下使用多功能传感器实时监测。

7、两项相关专利在得到数据后无法自动调整沼液回流策略以及自动状态预测。因此，亟待提出了一种基于沼液回流的干发酵调控方法及系统，以解决数据自动调整策略与状态预测的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述事实，本发明为了解决无法自动调整沼液回流策略以及自动状态预测的问题，进而设计了一种基于沼液回流的干发酵调控方法及系统。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、方案一：一种基于沼液回流的干发酵调控的方法，具体步骤为：

4、步骤1、通过传感器模块实时监测并收集数据，并且将数据上传到云计算平台；

5、步骤2、云计算平台根据传感器收集的数据，自动调整沼液回流策略；

6、步骤3、云计算平台中，引入人工智能算法，构建厌氧发酵稳定失衡响应模型，对失衡状态进行预测；

7、步骤4、根据厌氧发酵稳定失衡响应模型预测结果，plc控制器自动调整沼液回流泵的工作模式，实现不同时间延迟的沼液回流，同时自动调整发酵过程中的参数，以优化厌氧发酵状态。

8、进一步地：所述步骤2中沼液回流策略为：

9、a.厌氧发酵启动阶段：启动沼液回流后，回流量为出料量的0.6倍，快速启动微生物活动；

10、b.厌氧发酵平稳阶段：回流量为出料量的0.3倍，促进平稳发酵；

11、c.厌氧发酵失稳阶段：回流量为出料量的0.5倍，强化厌氧发酵。

12、进一步地：所述步骤3引入人工智能算法，构建厌氧发酵稳定失衡响应模型的具体过程为：

13、31.收集历史数据并划分为训练集和测试集；

14、32.构建lstm模型；

15、33.定义目标函数；

16、34.确定需要优化的超参数及其取值范围；

17、35.使用贝叶斯优化算法，在给定的超参数搜索范围内进行迭代优化。在每次迭代中，通过使用当前超参数组合训练lstm模型并评估目标函数的值，更新贝叶斯优化算法的内部模型；

18、36.根据贝叶斯优化的结果，选择得分最好的超参数组合作为最佳超参数配置；

19、37.使用最佳超参数配置，在训练集上构建lstm模型。

20、进一步地：所述对失衡状态进行预测方法为：

21、10日平均日产气量＝(a1+a2+……a10)/10，10天的日产气量的平均值；

22、前10日平均日产气量＝(a2+a3+……a11)/10，前10天的日产气量的平均值；

23、如果10日平均日产气量/前10日平均日产气量≥0.95，且3日平均甲烷二氧化碳含量比≥1.8，表明发酵非常稳定；如果10日平均日产气量/前10日平均日产气量＜0.95，或3日平均甲烷二氧化碳含量比＜1.8，表明发酵失衡，需要检测确认；如果10日平均日产气量/前10日平均日产气量＜0.95，且3日平均甲烷二氧化碳含量比＜1.8，表明发酵已经失衡，需要进行调控。

24、方案二：一种基于沼液回流的干发酵调控系统，包括进料斗、发酵罐、沼液回流罐、进料泵、出料泵、沼液回流泵、沼气分析仪、固液分离电机、传感器模块；

25、所述传感器模块有流量传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、ph传感器、雷达液位传感器；

26、所述进料斗与发酵罐上端通过第一管道连接，第一管道上安装进料泵；

27、所述发酵罐上端与沼气分析仪通过第二管道连接，沼气分析仪无线传输信号至云计算平台，第二管道上安装流量传感器，流量传感器输出端无线传输信号至云计算平台；

28、所述发酵罐上设置有第一出料口、第二出料口和第三出料口，第一出料口连接第三管道，第三管道上安装第一阀门，第二出料口连接第四管道，第四管道上安装第二阀门，第三出料口连接第五管道，第五管道上安装第三阀门，随后第三管道、第四管道和第五管道交汇成第六管道，第六管道上安装出料泵和第四阀门，第六管道与第七管道连接，两者的连接点位于出料泵和第四阀门之间；

29、所述第七管道上依次安装有第五阀门、固液分离电机、雷达液位传感器和沼液回流泵，第七管道末端与第八管道中部连通，第八管道的进口端与发酵罐的底部连通，第八管道的出口端与进料斗的顶部连通，第八管道上安装有第六阀门和第七阀门，第六阀门和第七阀门位于第七管道与第八管道的连接点两侧；

30、所述沼液回流罐上安装有雷达液位传感器，雷达液位传感器输出端无线传输信号至云计算平台；

31、所述第一温度传感器、ph传感器和第二温度传感器纵向分布在发酵罐上，第一温度传感器、第二温度传感器、ph传感器输出端无线传输数据至云计算平台。

32、本发明的有益效果在于：

33、1.本发明实现了发酵过程中沼液回流策略的动态调整，提高了发酵效率和产气率。

34、2.本发明通过人工智能算法，实现了发酵过程的自动化和智能化控制。

35、3.本发明基于云计算平台，实现了发酵过程的实时监控，便于管理人员及时了解发酵状态。

36、4.本发明降低了操作成本和能耗，提高了生物质能源的经济效益。

37、5.本发明可广泛应用于农业废弃物、城市污泥、食品加工废水生的厌氧处理，具有良好的环境效益；可针对不同类型的生物质资源进行适应性调整，以适应各种工况下的发酵需求。