优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统及其控制方法

1.本发明属于生物垃圾处理技术领域，尤其涉及一种优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统及其控制方法。


背景技术：

2.目前，以园林垃圾和厨余垃圾为主的有机垃圾，是城市生活垃圾的重要组成部分。因有机垃圾普遍具有含水率高、有机成分多、易腐烂、热值低等特点，未妥善处理将导致土地占据面积大、产生渗滤液及恶臭气体污染等环境问题，严重影响生活环境。好氧堆肥中的生化处理技术适用于有机垃圾处理领域，有减量率高、反应过程绿色安全、副产物经济化的技术优势，能真正实现垃圾的无害化、减量化、资源化处理，市场前景巨大。由于有机垃圾生化处理普遍存在反应效率不高、来料适应性差、智能化程度低的技术痛点，影响了该技术的进一步推行与发展。现有好氧堆肥技术大部分技术操作由人工完成，存在费时费力、生产效率低下、转化肥料组分不稳定的生产处理缺陷。另外，由于有机垃圾生化处理中有机物组分特殊、生化分解反应复杂，导致经过不同处理操作、不同堆肥方法生成的产物组分差距极大。市场中上相关智能处理设备的调控手段较为单一、智能化集成化程度低，同样无法避免反应时间较长、产物肥料质量不过关的技术问题，不能从根本上实现多种有机垃圾高效堆肥、高效生产。为解决上述问题，亟需设计一种优化有机垃圾生化处理工艺参数的专家系统及其控制方法。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)现有的有机垃圾生化处理方法普遍存在反应效率不高、来料适应性差、智能化程度低的技术痛点，即无法对不同组分的有机垃圾快速制定绿色高效的堆肥分解方案，缺乏智能控制设备、自动操作设备，影响了该技术的进一步推行与发展。
5.(2)在目前的有机垃圾生化处理过程中，有机物组分特殊、生化分解反应复杂，现有的有机垃圾生化处理设备的调控手段较为单一、智能化程度较低，从而造成反应时间较长、产物肥料质量不过关的技术问题。
6.(3)现有技术缺乏对好氧堆肥的微观建模分析，对技术的发展有一定限制。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统及其控制方法。
8.本发明是这样实现的，主要通过检测系统对待分解有机垃圾样品进行检测分析，得到来料的生化反应分解特性，随后通过专家系统进行反应分解分析，依托数据库选择相对最优的菌种配比及堆肥方案，根据实际要求进行迭代筛选，最终得到最佳的生化反应环境参数方案，包括分解菌剂组成、配比、外界环境温度、通风量等。一种优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法，优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法包括：将待分解的有机垃圾来料进行剪切、破碎以及油水分离的预处理；取微量样品置于检测
系统中，利用检测系统测得样品的生化反应环境影响参数，如c/n值、酸碱度、含水量等；专家系统接收测得的生化反应环境影响参数，调用微生物作用知识库和推理机进行分析；按照生化反应环境影响参数中的c/n值推测来料的有机组分，结合其他影响参数，通过微生物作用知识库初步选定相对适宜的分解菌混剂组成；调用微生物信息库中的已采用菌种数据，得到初选菌剂中各个菌种单独繁育增殖的最适生存环境；结合拟合模型公式计算多菌种共同作用的最大分解效率，得到共同作用最适反应环境参数与调节方案；结合经济成本和能源成本条件，反复对比、多次选定菌剂的组分，最终根据分解、成产需求确定最佳方案；输出最佳生化反应环境参数方案至交互界面。
9.进一步，优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法包括以下步骤：
10.步骤一，检测系统通过各检测模块获取来料样本的生化反应环境影响参数，并将测得的生化反应环境影响参数输入至专家系统，如c/n值、酸碱度、含水量等；
11.步骤二，专家系统针对来料样本的化学组成对比微生物作用知识库，根据历史经验数据，对比各类菌种的高效分解对象，综合各菌种生长繁育的相互影响因素，初步制定混合菌剂菌种组成与配比方案；
12.步骤三，专家系统按照混合菌剂菌种方案，参考各选择菌的反应特性及最适生长条件拟合模型，计算不同外部环境变量下的理论反应效率、经济效率和能源损耗等；
13.步骤四，对比分析多种环境变量下的理论反应效率、经济效率和能源损耗，初步与预期要求进行比对；
14.步骤五，对步骤二中的所有次优选方案重复步骤二到步骤四的操作，确定菌种组成与配比方案的最优性。
15.步骤六，基于步骤五中输出的最有方案，通过拟合模型对生化反应进行分析，参考细菌分解作用影响曲线细化分解阶段，得到各个反应阶段的最适环境参数；
16.步骤七，将输出结果至交互系统。
17.进一步，步骤一中的生化反应环境影响参数包括原始碳氮比、ph值、盐浓度、氧浓度、含水率和酸碱度。
18.进一步，步骤七中的输出结果包括菌剂组分与比例，菌种是否分批投放及投放顺序，待补充的高碳或高氮物质含量，各个分解阶段生化反应器调整的酸碱度、通氧量和加水量。
19.进一步，优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法还包括：
20.(1)专家系统调用检测系统测得的来料样本数据并对来料样本进行判断；专家系统综合微生物作用知识库内的实验数据，确定菌液混剂的组成；
21.(2)专家系统从知识库内提取作用菌的分解数据并绘制分解作用变化曲线，通过分解作用变化曲线获得菌种在最适宜环境下的理论最大分解效率；
22.(3)按照知识库实践经验与拟合模型最终输出的最优结果，得到混合菌剂总体保持高效分解的各阶段环境参数；
23.(4)专家系统最终得出提高生化反应效率的最适环境参数，确定堆肥方案并在交互界面输出。
24.进一步，步骤(2)中，用效果参数e
x
表示菌种在环境条件下增殖工作分解的有机物质量。各类环境对菌种共同综合作用时，效率下降的更快，故引入负影响系数α，当最大效果
参数e
max
与实际效果参数e的差值越大，则环境越恶劣，对微生物生化反应的负影响越大，负影响系数α越大，k为常数，则：
[0025][0026]
当菌种在碳氮比为c/n，氧浓度为o，温度为t，含水率为w，酸碱度为ph时，则e的计算公式如下：
[0027][0028]
则：
[0029][0030]
通过计算机求解得到e值。
[0031]
通过各菌种的初始比例系数p与分解效果参数e建立反应模型，判断分解效率系数η大小；其中，分解效率系数η越大，代表分解效率越高。
[0032]
以蛋白质为例，其中n为采用的菌种编号，此处标记四种作用菌为1～4号；取pk为初始添加的菌种比例系数，ek则代表菌种k号分解蛋白质的效果系数，t为分解率达90％时所耗时间。脂质、糖类的计算过程类似。
[0033][0034]
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统，优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统包括检测系统和专家系统。
[0035]
检测系统包括红外碳含量测定器、凯式定氮仪、酸碱度传感器、电导率测定仪、电化学氧气传感器、氯化锂湿度计、检测控制模块和数据储存模块；检测系统内放置已完成剪切、破碎、油水分离工序的有机垃圾来料小部分样本；检测控制模块控制碳红外碳含量测定器、凯式定氮仪检测样本全碳、全氮含量，测得碳氮比c/n，全碳测量主要通过co2气体对红外线的强烈光吸收作用测得，全氮测量主要将样本中的有机氮转化为无机铵盐，转化为氨类物质后测得，由于对样本有很强的化学性质影响，在检测过程最后期处理；控制酸碱度传感器检测样本ph值；控制电导率测定仪定性测得样本电导率，得出样本盐浓度，主要指对细胞体无其他毒害作用的常规无机盐离子浓度；控制电化学氧气传感器、氯化锂湿度计测得样本中的氧含量与含水率，再将测得的反应环境参数保存至数据储存模块。
[0036]
专家系统包括交互界面、微生物作用知识库、推理机、数据库以及解释器；其中，微生物作用知识库用于存放有机垃圾分解领域的微生物相关信息，信息由前期大量实验采集整理；推理机用于建模推理和对比优化，最终确定最优环境参数和菌种混剂方案。
[0037]
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法的步骤。
[0038]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法的步骤。
[0039]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统。
[0040]
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0041]
第一，本发明提供的优化有机垃圾生化处理环境参数的专家系统，利用仪器检测技术分析少量剪切、破碎、油水分离后的有机垃圾样本，得到入料的有机物组成、含水率、自身酸碱盐环境等组分特征，并输入专家系统。本发明通过专家系统，结合有机物高效降解微生物作用知识库进行对比分析，筛选出分解效率高、增殖速度快、极端环境下生存能力更适应来料的微生物品种，组成生化反应混剂。另外，本发明综合拟推荐使用的各项微生物已知特性，结合多种环境参数设置方案进行反应进程拟合演算，最终输出最优混合菌剂比例、投放时机及最优反应环境参数，如加水量、通氧量、温度以及ph值等。
[0042]
第二，本发明通过专家系统，可以实现智能化、数据化、科学化地提供使得有机垃圾高效分解的最优微生物混剂组分、投放时机，及加水量、通氧量等影响生化反应的重要环境参数，能有针对性地分解来源复杂、种类繁多的有机垃圾，大大提高了生化处理技术的普适性，提高了生化反应的效率，避免了由于堆肥环境及预处理不当导致的产物产出率下降的问题。同时，专家系统能够在大量堆肥前提出科学的指导意见，能起到一定的风险规避作用，避免由于操作失误、调配不当等技术问题而产生的经济损失、资源浪费，降低成本开销。
[0043]
第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：在环境治理与城市发展上，本发明能够为城市生活垃圾处理开拓新的思路，极大减轻生活垃圾的处理负担，便利广大人民的日常生活，减少潜在的生活开支，减少城市发展中的能源消耗成本和环境成本。在商业推广上，本发明能减少广大垃圾处理厂商的经济成本、增加堆肥肥料生产的容错率、提升垃圾分解率与肥料产量质量，为科学生产保驾护航。在科技发展上，本发明一定程度上在微生物处理技术领域提供新方法、新案例、新启发。
[0044]
本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：本发明在国内首次对有机垃圾好氧堆肥技术进行科学化、公式化的微观生化反应分析，同时将智能化、数据化系统应用在堆肥过程中，首次解决了传统堆肥没有科学准确的仪器参考、过度依赖人工经验的技术痛点。
[0045]
第四，本发明的权利要求包含了一种优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统及其控制方法，其核心思想是通过对输入的有机垃圾样本进行详细检测，然后利用专家系统内的微生物作用知识库和微生物信息库，以及拟合模型公式，进行复杂的分析，以确定最佳的分解菌混剂组成和生化反应环境参数。
[0046]
这些权利要求具有以下显著的技术进步：
[0047]
1.提高生化反应效率：该系统可以利用各种生化反应环境影响参数，进行深度分析，为来料样本的分解提供最佳环境条件，从而提高生化反应效率。
[0048]
2.充分利用微生物作用知识库和微生物信息库：该系统能够充分利用这些知识库来进行详细的分析，并依据分析结果调整反应环境，这是其他技术难以实现的。
[0049]
3.完善的优化流程：包括来料样本的检测、生化反应环境影响参数的获取、分解菌
混剂的选择、最适环境参数的计算，最终确定的最佳方案，构成了一个完善的优化流程。
[0050]
4.考虑经济成本和能源成本：在选择最佳方案时，该系统还考虑了经济成本和能源成本，这使得该系统的应用更加实用，符合实际操作需求。
[0051]
5.确定各个分解阶段的最适环境参数：通过拟合模型对生化反应进行分析，得到各个分解阶段的最适环境参数，这也是很多其他技术没有的。
[0052]
因此，这些权利要求体现了新颖性和创造性，具有显著的技术进步。
附图说明
[0053]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0054]
图1是本发明实施例提供的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统的控制方法流程图；
[0055]
图2是本发明实施例提供的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统的控制方法原理图；
[0056]
图3是本发明实施例提供的专家系统内菌种混剂生化反应模型推演的理论样本温度变化曲线与实验对照组曲线图；
[0057]
图4是本发明实施例提供的专家系统内菌种混剂生化反应模型推演的理论样本酸碱度变化曲线与实验对照组曲线图。
具体实施方式
[0058]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0059]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统及其控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0060]
如图1所示，本发明实施例提供的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法包括以下步骤：
[0061]
s101，将待分解的有机垃圾来料进行剪切、破碎以及油水分离的预处理；取微量样品置于检测系统中，测得样品的生化反应环境影响参数；
[0062]
s102，专家系统接收测得的生化反应环境影响参数，调用微生物作用知识库和推理机进行生化反应环境影响参数分析；
[0063]
s103，按照生化反应环境影响参数中的c/n值推测来料的有机组分，通过微生物作用知识库初选定分解菌混剂组成；
[0064]
s104，调用微生物信息库中的已采用菌种数据，得到各个菌种单独繁育增殖的最适生存环境；
[0065]
s105，结合拟合模型公式计算多菌种共同作用的最大分解效率，得到共同作用最适反应环境参数与调节方案；
[0066]
s106，结合经济成本和能源成本条件，最终确定最佳方案，输出最佳生化反应环境参数方案至交互界面。
[0067]
本发明实施例提供的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统包括检测系统和专家系统。
[0068]
其中，检测系统包括：红外碳含量测定器、凯式定氮仪、酸碱度传感器、电导率测定仪、电化学氧气传感器、氯化锂湿度计、检测控制模块和数据储存模块等。检测系统内放置已完成剪切、破碎、油水分离工序的有机垃圾来料小部分样本。检测控制模块控制碳红外碳含量测定器、凯式定氮仪检测样本全碳、全氮含量，从而得碳氮比c/n；控制酸碱度传感器检测样本ph值；控制电导率测定仪定性测得样本电导率，从而得出样本的盐浓度；控制电化学氧气传感器、氯化锂湿度计测得样本中的氧含量与含水率，再将测得的反应环境参数保存至数据储存模块。
[0069]
专家系统包括：交互界面、微生物作用知识库、推理机、数据库、解释器5个部分构成。其中，核心部分为微生物作用知识库与推理机。微生物作用知识库存放有大量广泛应用在有机垃圾分解领域的微生物相关信息。推理机用于建模推理、对比优化，最终确定最优环境参数、菌种混剂方案。微生物作用知识库是整个专家系统运行的基础，库内信息是专家系统用于对比分析各个方案优劣的重要参考支撑。
[0070]
有机垃圾的堆肥发酵本质上是有机物在各种微生物的生长代谢活动中分解的综合过程。该过程中，有机物本身物理性质、化学组分复杂，参与分解的微生物种类繁多、反应条件繁复，难以准确定量的对产物分析计算。如何建立贴合的产物计算拟合模型与适用的微生物作用知识库是整个专家系统运行的关键。
[0071]
知识库内预先载入针对有机垃圾中常见糖类、脂类、蛋白质的高效作用菌种信息。菌种信息包括：该菌种对各组分的分解作用受碳氮比、氧气、温度、含水量、酸碱度等的单一影响曲线，该菌种分解产物组成及比例，该菌种反应效率与时间的函数等。菌种信息通过控制变量法多次实验操作获得，利用前期大量的实验数据积累与卷积练习，将碳氮比、氧气、温度、含水量、酸碱度等影响条件系数化便于反应模型建立。针对检测系统测得入料样本的相关参数，推理机调用知识库针对来料组分制定高效菌种混剂方案。随后根据交互界面输入的总来料量进行模拟推算，综合产物转化率、能耗、时间成本与经济成本等，最终择优输出各时间点生化处理环境、堆肥流程及调节步骤，包括反应菌及添加比例、应添加的碳氮物料量、应实时调节的添水量、温度、通氧量、酸碱调节剂添加量等，最后输出至交互界面。工作人员参照最适反应参数调整生化反应器，按照流程进堆肥操作，从而进一步提升生化反应的分解效率，促进有机垃圾的降解，提高肥料产量。
[0072]
本发明实施例提供的有机垃圾生化处理环境优化的具体步骤如下：
[0073]
1.检测系统通过各检测模块获取来料样本的原始碳氮比、含水率、酸碱度等生化反应环境影响参数；
[0074]
2.将测得的环境影响参数输入至专家系统；
[0075]
3.专家系统针对来料样本的化学组成对比微生物作用知识库，制定混合菌剂菌种组成与配比方案；
[0076]
4.专家系统按照混合菌剂菌种方案，参考各选择菌的反应特性拟合模型，计算不同外部环境变量下的理论反应效率、经济效率、能源损耗等；
[0077]
5.对比分析多种环境变量下的理论反应效率、经济效率、能源损耗，最终选择最优方案，并通过拟合模型对生化反应进一步分析，参考细菌分解作用影响曲线细化分解阶段，进而得到各个阶段所需的最适环境参数；
[0078]
6.输出结果至交互系统；其中，输出结果为：菌剂组分与比例，菌种是否需要分批投放及投放顺序，需补充的高碳或高氮物质含量，各个分解阶段生化反应器需调整的酸碱度、通氧量、加水量等。
[0079]
在实际实验中，对20g城市污泥使用专家系统进行分析比对，通过专家系统判断，得到该样品c/n值较低、含水量过高、氧气浓度低等特征，最终建议使用巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌组成菌剂，比例为1.5：1.0：1.2：1.3，同时添加16.2kg麦秆调整c/n值，加入1.38kg水使含水量至65％，并定时翻堆，定时添加酸性试剂调整ph值为6左右以保证菌种活性。通过模拟反应的物质变化曲线与实际反应中测得的物质变化曲线对比，可得出专家系统使用的模型与分析方法基本符合实际，具有很强的生产指导价值。通过与城市污水处理厂实际好氧堆肥的生产数据对比，使用本发明知指导生产能提高堆肥肥料产量至8％，有机垃圾分解率提升5.8％。
[0080]
如图2所示，检测系统通过各检测模块获取来料样本的原始碳氮比、含水率、酸碱度等生化反应环境影响参数。将测得的环境影响参数输入至专家系统，专家系统针对来料样本的化学组成对比微生物作用知识库，制定混合菌剂菌种组成与配比方案。专家系统按照混合菌剂菌种方案，参考各选择菌的反应特性拟合模型，计算不同外部环境变量下的理论反应效率、经济效率、能源损耗等。对比分析多种环境变量下的理论反应效率、经济效率、能源损耗，最终选择最优方案，并通过拟合模型对生化反应进一步分析，参考细菌分解作用影响曲线细化分解阶段，进而得到各个阶段所需的最适环境参数。输出结果至交互系统；其中，输出结果为：菌剂组分与比例，菌种是否需要分批投放及投放顺序，需补充的高碳或高氮物质含量，各个分解阶段生化反应器需调整的酸碱度、通氧量、加水量等。
[0081]
图3、4的实验对照组1、2是按照专家系统输出的最佳生化反应影响系数与方案进行堆肥而绘制的堆肥温度与ph值曲线，通过与系统模拟计算输出的理论温度曲线、ph值曲线拟合度较高，参考价值较高，能很大程度上证明拟合模型的正确性以及基于模型的分析结果的可靠性。
[0082]
为了有针对性地分解来源复杂、种类繁多的有机垃圾，提高处理技术的普适性，提高生化反应效率，本发明实施例提供了一种优化有机垃圾生化处理环境参数的专家系统，检测与分析过程如下：
[0083]
1.来料为20kg城市污水处理厂运行过程中产生的污泥，主要成分为大量水分、难降解的有机物、重金属成分及多种病原微生物和寄生虫等。筛去来料内杂物，随后完成剪切、破碎、油水分离工序后取20g污泥样本，置于检测装置中。检测控制模块通过各类检测模块测得20g处理后污泥样本中，全碳含量为218.3g/kg，全氮含量为30.8g/kg，碳氮质量比为7.1，样本含水率为81.0％，样本电导率为0.25s/m，初始ph值为7.6，呈若碱性，含氧量为0.2mg/l。
[0084]
2.专家系统调用检测系统已测得的相关数据，判断该样本：
[0085]
①
碳氮质量比远低于常见分解菌种无害分解的最适碳氮比，蛋白质、脂质含量较高，糖类含量较少，分解过程中易产生大量氨气造成二次污染；
[0086]
②
该样本含水率过高，易使菌种细胞产生厌氧发酵导致分解效率低甚至涨破；
[0087]
③
氧浓度较低，易在堆肥过程中因厌氧发酵导致恶臭；
[0088]
④
电导率正常。
[0089]
基于来料样本组分中蛋白质、脂质含量较高的特性，专家系统综合微生物作用知识库内实验数据，使用巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌四种具有高抗逆性、增殖速度快的芽孢杆菌组成菌液混剂，最佳比例为1.5：1.0：1.2：1.3。碳氮比、含水率、氧浓度需要进一步分析调整。
[0090]
3.专家系统从知识库内提取巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌四种作用菌的分解数据，即：对蛋白质、脂质、糖类等主要有机物分别随碳氮比、外部温度、ph值、氧浓度、含水量的分解作用变化曲线。通过该曲线可获得菌种在最适宜环境下的理论最大分解效率。用效果参数e
x
表示该1mol该菌种x环境条件下增殖工作1d所分解的有机物质量(其他环境均为最适宜条件)，可视作x环境下该菌种分解效率的定性比较依据。
[0091]
各类环境对菌种共同综合作用时，效率下降的更快，故引入负影响系数α，当最大效果参数e
max
与实际效果参数e的差值越大，则环境越恶劣，对微生物生化反应的负影响越大，负影响系数α越大，k为常数。
[0092][0093]
则某菌种在碳氮比为c/n，氧浓度为o，温度为t，含水率为w，酸碱度为ph时，e的计算公式如下：
[0094][0095]
综合上述二式，可得：
[0096][0097]
通过计算机求解，可得e值。
[0098]
随后通过各菌种的初始比例系数p与分解效果参数e建立反应模型，判断分解效率系数η大小。分解效率系数η越大，代表分解效率越高。
[0099]
以蛋白质为例，其中n为采用的菌种编号，此处标记四种作用菌为1～4号；取pk为初始添加的菌种比例系数，ek则代表菌种k号分解蛋白质的效果系数，t为分解率达90％时所耗时间。脂质、糖类的计算过程类似。
[0100][0101]
4.按照知识库实践经验与拟合模型最终输出的最优结果，得到混合菌剂总体保持高效分解的各阶段环境参数：
[0102]
①
初始c/n过低，应提升初始c/n＝20时分解效率均值最高；
[0103]
②
氧浓度前期应保持在14.6％左右；
[0104]
③
最适ph应保持在6左右；
[0105]
④
最适含水量应当保持在60％～70％；
[0106]
⑤
最适温度最高值为嗜热脂肪芽孢杆菌的60℃，巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌的最适温度均在20～30℃，应分两批投放菌剂。
[0107]
5.专家系统最终得出提高生化反应效率的最适环境参数，确定堆肥方案并在交互界面输出：
[0108]
①
向20kg来料中加入16.2kg麦秆使c/n＝20，产生氨气较少，分解效率最高；
[0109]
②
1～5d应多通过翻堆的形式加大菌种的氧接触量，18d后少翻堆以免热量流失过大；
[0110]
③
加入1.38kg水使含水量至65％，使分解菌种保持活性，由于堆肥产热导致水分蒸发，从15d至28d需人工补充水分；
[0111]
④
1～15d由于反应产生了氨气导致堆肥ph上升，需人工添加酸性物质维持ph至6；
[0112]
⑤
巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌分别以0.75g、0.5g、0.6g、0.65g配置菌液。且根据好氧堆肥先急剧升温至高温，后续缓慢降温的特点，应先投放最适温度较高的嗜热脂肪芽孢杆菌，在8d堆肥温度稳定在30℃左右时投放余下三种菌种的混合菌液，避免因分解放热导致的菌种死亡。
[0113]
实施例一：
[0114]
假设我们有一批待分解的食品垃圾，我们首先将这些食品垃圾经过剪切、破碎以及油水分离的预处理。然后取微量样品置于检测系统中，利用检测系统测得样品的生化反应环境影响参数，如原始碳氮比、ph值、盐浓度、氧浓度、含水率和酸碱度。
[0115]
接着，专家系统接收这些参数，并调用内部的微生物作用知识库和推理机进行分析。根据生化反应环境影响参数中的c/n值，专家系统推测食品垃圾的有机组分，并通过微生物作用知识库初选定分解菌混剂组成。
[0116]
最后，专家系统通过拟合模型计算多菌种共同作用的最大分解效率，并得出最适反应环境参数和调节方案。在考虑经济成本和能源成本条件后，专家系统确定最佳方案并输出至交互界面。
[0117]
实施例二：
[0118]
假设我们有一批待分解的农业废弃物，首先将这些废弃物进行预处理，包括破碎、剪切和油水分离。然后，取出微量样本并放入检测系统中，获取样本的生化反应环境影响参数。
[0119]
接着，这些参数被输入到专家系统中，根据这些参数，专家系统调用内部的微生物作用知识库，预测出最可能的有机组分并初步选择出分解菌混剂的组成。
[0120]
然后，专家系统参考各菌种的反应特性拟合模型，计算出在不同的环境变量下，理论的反应效率、经济效率和能源损耗。最后，系统对比分析各种可能的情况，选择出最优方案，这个方案会输出至交互系统，并用于指导实际的反应过程。
[0121]
这两个实施例体现了该专家系统在有机垃圾处理中的实用性和有效性，可以帮助我们有效地进行有机垃圾的生化反应处理。
[0122]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备
和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0123]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统及其控制方法，其特征在于，包括：将待分解的有机垃圾来料进行剪切、破碎以及油水分离的预处理；取微量样品置于检测系统中，利用检测系统测得样品的生化反应环境影响参数；专家系统接收测得的生化反应环境影响参数，调用微生物作用知识库和推理机进行分析；按照生化反应环境影响参数中的c/n值推测来料的有机组分，通过微生物作用知识库初选定分解菌混剂组成；调用微生物信息库中的已采用菌种数据，得到各个菌种单独繁育增殖的最适生存环境；结合拟合模型公式计算多菌种共同作用的最大分解效率，得到共同作用最适反应环境参数与调节方案；结合经济成本和能源成本条件，最终确定最佳方案；输出最佳生化反应环境参数方案至交互界面。2.如权利要求1所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法，其特征在于，优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法包括以下步骤：步骤一，检测系统通过各检测模块获取来料样本的生化反应环境影响参数，并将测得的生化反应环境影响参数输入至专家系统；步骤二，专家系统针对来料样本的化学组成对比微生物作用知识库，制定混合菌剂菌种组成与配比方案；步骤三，专家系统按照混合菌剂菌种方案，参考各选择菌的反应特性拟合模型，计算不同外部环境变量下的理论反应效率、经济效率和能源损耗；步骤四，对比分析多种环境变量下的理论反应效率、经济效率和能源损耗，最终选择最优方案；步骤五，通过拟合模型对生化反应进行分析，参考细菌分解作用影响曲线细化分解阶段，得到各个阶段的最适环境参数；步骤六，将输出结果至交互系统。3.如权利要求2所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法，其特征在于，步骤一中的生化反应环境影响参数包括原始碳氮比、ph值、盐浓度、氧浓度、含水率和酸碱度。4.如权利要求2所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法，其特征在于，步骤六中的输出结果包括菌剂组分与比例，菌种是否分批投放及投放顺序，待补充的高碳或高氮物质含量，各个分解阶段生化反应器调整的酸碱度、通氧量和加水量。5.如权利要求1所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法，其特征在于，优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法还包括：(1)专家系统调用检测系统测得的来料样本数据并对来料样本进行判断；专家系统综合微生物作用知识库内的实验数据，确定菌液混剂的组成；(2)专家系统从知识库内提取作用菌的分解数据并绘制分解作用变化曲线，通过分解作用变化曲线获得菌种在最适宜环境下的理论最大分解效率；(3)按照知识库实践经验与拟合模型最终输出的最优结果，得到混合菌剂总体保持高效分解的各阶段环境参数；(4)专家系统最终得出提高生化反应效率的最适环境参数，确定堆肥方案并在交互界面输出。6.如权利要求5所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法，其特征在
于，步骤(2)中，用效果参数e
x
表示菌种在环境条件下增殖工作分解的有机物质量；各类环境对菌种共同综合作用时，效率下降的更快，故引入负影响系数α，当最大效果参数e
max
与实际效果参数e的差值越大，则环境越恶劣，对微生物生化反应的负影响越大，负影响系数α越大，k为常数，则：当菌种在碳氮比为c/n，氧浓度为o，温度为t，含水率为w，酸碱度为ph时，则e的计算公式如下：则：通过计算机求解得到e值；通过各菌种的初始比例系数p与分解效果参数e建立反应模型，判断分解效率系数η大小；其中，分解效率系数η越大，代表分解效率越高。7.一种应用如权利要求1～6任意一项所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法的优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统，其特征在于，优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统包括检测系统和专家系统；检测系统包括红外碳含量测定器、凯式定氮仪、酸碱度传感器、电导率测定仪、电化学氧气传感器、氯化锂湿度计、检测控制模块和数据储存模块；检测系统内放置已完成剪切、破碎、油水分离工序的有机垃圾来料小部分样本；检测控制模块控制碳红外碳含量测定器、凯式定氮仪检测样本全碳、全氮含量，测得碳氮比c/n；控制酸碱度传感器检测样本ph值；控制电导率测定仪定性测得样本电导率，得出样本盐浓度；控制电化学氧气传感器、氯化锂湿度计测得样本中的氧含量与含水率，再将测得的反应环境参数保存至数据储存模块；专家系统包括交互界面、微生物作用知识库、推理机、数据库以及解释器；其中，微生物作用知识库用于存放有机垃圾分解领域的微生物相关信息；推理机用于建模推理和对比优化，最终确定最优环境参数和菌种混剂方案。8.一种计算机设备，其特征在于，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～6任意一项所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法的步骤。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～6任意一项所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统控制方法的步骤。10.一种信息数据处理终端，其特征在于，信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统。

技术总结
本发明属于生物垃圾处理技术领域，公开了一种优化有机垃圾生化反应工艺参数的专家系统及其控制方法，将待分解的有机垃圾来料进行预处理；取微量样品置于检测系统中，利用检测系统测得样品的生化反应环境影响参数；专家系统调用微生物作用知识库和推理机进行分析；按照环境参数中的C/N值推测来料的有机组分，通过微生物作用知识库初选定分解菌混剂组成；调用微生物信息库中的菌种数据，得到各个菌种单独繁育增殖的最适生存环境；结合拟合模型公式计算多菌种共同作用的最大分解效率，得到最适反应环境参数与调节方案；结合经济成本和能源成本条件确定最佳方案，输出最佳生化反应环境参数方案至交互界面。本发明提高了生化处理技术的普适性。术的普适性。术的普适性。


技术研发人员：夏绪辉 彭九九 张泽琳 王蕾 邵俊华 曹建华 刘翔
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/10/20