本發(fā)明屬于厭氧消化，具體涉及一種基于電場強化畜禽糞污厭氧消化的裝置及工藝。

背景技術：

1、隨著畜牧養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，畜禽糞污的產(chǎn)量與日俱增，并且隨著畜牧養(yǎng)殖業(yè)的集約化發(fā)展，導致部分地區(qū)的畜禽糞污產(chǎn)量過高。畜禽糞污中不僅含有大量的有機物、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，還攜帶有細菌、病毒等病原體，若處理不當會污染大氣、土壤和水環(huán)境，嚴重時會造成各類疾病的傳播危害人體健康。利用厭氧消化技術處理畜禽糞污不僅可以解決污染問題的同時，還可以對畜禽糞污進行資源化、無害化處理，符合國家發(fā)展理念。畜禽糞污經(jīng)過厭氧消化后產(chǎn)生的沼氣可用來燃燒或發(fā)電，沼液和沼渣可作為肥料改良土壤、增強土壤肥力。但由于畜禽糞污成分復雜、含有木質(zhì)纖維素、氨氮含量高等特點會阻礙厭氧消化產(chǎn)甲烷過程，降低畜禽糞污處理效率。為滿足日益增長的畜禽糞污處理需求，需要對厭氧消化進行提效改造。

2、質(zhì)子耦合電子傳遞(pcet)是廣泛存在于生命活動的各個過程中，是蛋白質(zhì)的n-h鍵和酰胺鍵參與電子轉(zhuǎn)移的主要形式。通過強化pcet可以增強厭氧微生物的呼吸效率，加快電子轉(zhuǎn)移效率，提高污泥電活性。厭氧污泥電活性的提高有利于直接種間電子傳遞(diet)的建立，從而提高厭氧消化效率。有研究發(fā)現(xiàn)，電場可以通過極化作用促進蛋白復合物的pcet，原理如下：1)蛋白復合物中的c＝o經(jīng)電場極化后o原子的電負性增強，通過氫鍵作用使x-h更易斷裂并釋放h原子；2)電場可以增加蛋白復合物二級結(jié)構(gòu)α-螺旋的極性，從而提高pcet速率；3)電場可以提高酰胺基的還原性，使其更易被色氨酸等電活性氨基酸氧化，實現(xiàn)電子交換。然而，到目前為止，通過將厭氧污泥反應器置于電場中，利用電場的極化作用強化pcet，提高厭氧消化效率和甲烷產(chǎn)量相關研究還未見報道。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決畜禽糞污厭氧消化效率低，甲烷產(chǎn)量受阻的問題，本發(fā)明的目的是提供了一種基于電場強化畜禽糞污厭氧消化的裝置及工藝。

2、本發(fā)明目的是通過以下方式實現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種基于電場強化畜禽糞污厭氧消化的裝置，包括電源5和可形成電場的厭氧消化反應器18，電源5通過導線分別與厭氧消化反應器18的攪拌裝置8的金屬中軸和厭氧消化反應器的金屬外壁14連接，厭氧消化反應器的金屬外壁14和攪拌裝置8的金屬中軸接觸部分設置有絕緣套管26，做絕緣處理防止短路，管i?3一端經(jīng)進料泵2與進料池1相連，管i?3的另一端經(jīng)進料閥4與厭氧消化反應器18左上方相連通，氣體收集裝置9通過管ii11與厭氧消化反應器18頂部相連，用以收集厭氧消化產(chǎn)生的沼氣氣體；厭氧消化反應器18的底部側(cè)壁通過管iii?16與出料池17相連通，出料池17底部與管iv?21的一端相連，管iv21上設置有循環(huán)閥19和循環(huán)泵20，管iv?21的另一端與厭氧消化反應器18左上方相連通，厭氧消化反應器18的內(nèi)壁設置有加熱層13，加熱層13的頂部通過管v?25與熱水池24的頂部相連，熱水池24的底部通過管v?25連接的熱水泵23和熱水閥22與加熱層13的底部相連通，給加熱層供給熱水，維持厭氧消化反應器18內(nèi)的溫度。

4、基于上述技術方案，進一步地，電源5通過負極線6與厭氧消化反應器18的攪拌裝置8的金屬中軸連接，通過正極線7與厭氧消化反應器的金屬外壁14連接。

5、基于上述技術方案，進一步地，攪拌裝置8由電動機、與電動機軸固定連接的金屬中軸以及金屬中軸上設置的攪拌槳構(gòu)成。

6、基于上述技術方案，進一步地，金屬中軸上設置2～3組攪拌槳，攪拌槳等距設置。

7、基于上述技術方案，進一步地，管ii?11上設置有排氣閥10。

8、基于上述技術方案，進一步地，管iii?16上設置有出料閥15。

9、基于上述技術方案，進一步地，電源5包括直流電源和交流電源。

10、本發(fā)明還提供利用上述的裝置強化畜禽糞污厭氧消化的工藝，包括如下步驟：

11、(1)將不同來源的畜禽糞污進行混合調(diào)配，經(jīng)過預處理后含固率控制在10％～20％，處理后投入進料池1；

12、(2)打開進料泵2和進料閥4，經(jīng)管i?3注入到裝有厭氧污泥12的厭氧消化反應器18中；

13、(3)電源5的正負極分別連接到厭氧消化反應器18的金屬外壁14和攪拌裝置8的金屬中軸；

14、(4)厭氧消化反應器18內(nèi)部的溫度控制在30～37℃，ph值控制在7～8之間；

15、(5)控制厭氧消化反應器18的水力停留時間在20～40天之間，進料組分不同導致水力停留時間不同，根據(jù)進料及時調(diào)整；

16、(6)打開排氣閥10，厭氧消化反應器18產(chǎn)生的沼氣通過氣體收集裝置9收集；

17、(7)打開排料閥15，從厭氧消化反應器18中排出一定體積消化產(chǎn)物經(jīng)管iii?16排入出料池17。

18、基于上述技術方案，進一步地，步驟(2)中畜禽糞污與厭氧污泥的體積比為1/20～1/60。

19、基于上述技術方案，進一步地，步驟(2)中所述的厭氧污泥的vss為20～30g/l，優(yōu)選為25g/l。

20、基于上述技術方案，進一步地，步驟(3)中電場強度為10v/m～50v/m，電源電壓變化頻率為0hz～240hz。

21、基于上述技術方案，進一步地，步驟(4)中溫度控制在37℃，ph值控制在7.8。

22、基于上述技術方案，進一步地，步驟(7)中所述出料池17中的消化產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)泵20返回到厭氧消化反應器18中。

23、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有的有益效果如下：

24、本發(fā)明的基于電場強化畜禽糞污厭氧消化的裝置添加的電場可以通過極化促進蛋白復合物的pcet，加快h+向胞外傳遞和呼吸鏈中電子的轉(zhuǎn)移速度，使胞外和胞內(nèi)的電位差增大，為質(zhì)子泵合成atp提供更大的推動力，增加細胞呼吸效率，從而提高厭氧消化系統(tǒng)處理畜禽糞污的能力和產(chǎn)甲烷潛能。另外，電場可以通過促進pcet提高厭氧污泥的電活性，提高系統(tǒng)內(nèi)的電子交換速率，從而促進微生物直接種間電子傳遞(diet)的構(gòu)建。diet是通過細胞色素、導電菌毛等直接將電活性微生物氧化有機物產(chǎn)生的電子傳遞至產(chǎn)甲烷菌進行ch4的合成。通過構(gòu)建電活性微生物與產(chǎn)甲烷菌之間的diet可以克服傳統(tǒng)厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)h2作為電子傳遞載體的障礙，避免氫分壓過高對產(chǎn)甲烷過程的抑制，提高畜禽糞污的處理效率。本發(fā)明利用電源為反應器金屬外壁和攪拌裝置的金屬中軸提供電壓形成電場，將厭氧污泥籠罩在電場下來促進厭氧微生物的pcet提高生物活性和電活性以及diet的構(gòu)建，從而提高厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理效率，促進畜禽糞污的處理和甲烷的轉(zhuǎn)化。

技術特征：

1.一種基于電場強化畜禽糞污厭氧消化的裝置，其特征在于，包括電源(5)和可形成電場的厭氧消化反應器(18)，電源(5)通過導線分別與厭氧消化反應器(18)的攪拌裝置(8)的金屬中軸和厭氧消化反應器的金屬外壁(14)連接，厭氧消化反應器的金屬外壁(14)和攪拌裝置(8)的金屬中軸接觸部分設置有絕緣套管(26)，管i(3)一端經(jīng)進料泵(2)與進料池(1)相連，管i(3)的另一端經(jīng)進料閥(4)與厭氧消化反應器(18)左上方相連通，氣體收集裝置(9)通過管ii(11)與厭氧消化反應器(18)頂部相連，用以收集厭氧消化產(chǎn)生的沼氣氣體；厭氧消化反應器(18)的底部側(cè)壁通過管iii(16)與出料池(17)相連通，出料池(17)底部與管iv(21)的一端相連，管iv(21)上設置有循環(huán)閥(19)和循環(huán)泵(20)，管iv(21)的另一端與厭氧消化反應器(18)左上方相連通，厭氧消化反應器(18)的內(nèi)壁設置有加熱層(13)，加熱層(13)的頂部通過管v(25)與熱水池(24)的頂部相連，熱水池(24)的底部通過管v(25)連接的熱水泵(23)和熱水閥(22)與加熱層(13)的底部相連通，給加熱層供給熱水，維持厭氧消化反應器(18)內(nèi)的溫度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，電源(5)通過負極線(6)與厭氧消化反應器(18)的攪拌裝置(8)的金屬中軸連接，通過正極線(7)與厭氧消化反應器的金屬外壁(14)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，攪拌裝置(8)由電動機、與電動機軸固定連接的金屬中軸以及金屬中軸上設置的攪拌槳構(gòu)成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，管ii(11)上設置有排氣閥(10)，管iii(16)上設置有出料閥(15)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，電源(5)包括直流電源和交流電源。

6.利用權(quán)利要求1-5任一項所述的裝置強化畜禽糞污厭氧消化的工藝，其特征在于，包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于，步驟(2)中畜禽糞污與厭氧污泥的體積比為1/20～1/60；所述的厭氧污泥的vss為20～30g/l，優(yōu)選為25g/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于，步驟(3)中電場強度為10v/m～50v/m，電源電壓變化頻率為0hz～240hz。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于，步驟(4)中溫度控制在37℃，ph值控制在7.8。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于，步驟(7)中所述出料池(17)中的消化產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)泵(20)返回到厭氧消化反應器(18)中。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于電場強化畜禽糞污厭氧消化的裝置及工藝，屬于厭氧消化技術領域。本發(fā)明的基于電場強化畜禽糞污厭氧消化的裝置主要包括電源和可形成電場的厭氧消化反應器，將畜禽糞污進行混合調(diào)配處理后，加入到有引種污泥的厭氧反應器中，反應器的金屬外壁和攪拌裝置的中軸連接電源，在反應器內(nèi)部形成電場。本發(fā)明利用電場可以極化蛋白復合物，促進質(zhì)子耦合電子傳遞過程，提高厭氧污泥的電活性，同時促進厭氧消化系統(tǒng)中微生物直接種間電子傳遞的構(gòu)建，從而提高厭氧消化系統(tǒng)對畜禽糞污的處理效率和產(chǎn)甲烷能力。本裝置能有效解決處理畜禽糞污的厭氧反應器消化周期長，產(chǎn)甲烷效率低下的問題。

技術研發(fā)人員：張耀斌,劉宴維,于麒麟,趙智強
受保護的技術使用者：大連理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21