本发明属于厌氧消化，具体涉及一种基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置及工艺。
背景技术：
1、当前农业废弃物的处置方式以堆肥、养殖利用或回田、焚烧为主，污染物排放和碳排放量大，易造成面源污染和秋冬雾霾，不满足农村生态文明建设和减排固碳的国家需求，并且会造成资源的浪费，不符合国家可持续发展理念。厌氧消化相较于好氧生物处理和物理、化学处理等手段，具有有机负荷高、能耗小、可回收甲烷等优势，是实现农业废弃物资源化的有效手段。但农业废弃物中大量存在的木质素、(半)纤维素等物质结构稳定，水解速度慢，导致厌氧消化产气率低、处理效率低。为了更高效、充分的处理农业废弃物，需要对传统厌氧消化工艺进行升级改良。
技术实现思路
1、为解决农业废弃物中的的木质素、(半)纤维素等水解速度慢导致的厌氧消化速率慢，产气效率低的问题，本发明的目的在于提供一种基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置及工艺。
2、为了实现上述目的，本发明提出以下技术方案：
3、本发明提供一种基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置，主要包括进料池1、搅拌装置8、气体收集装置9、保温层13、厌氧反应器21、曝气装置、电化学系统和出料池16，厌氧反应器21内装有厌氧污泥12，电化学系统包括电源5、阴极板6和阳极板7，曝气装置包括氧气储存装置20、氧气泵19、曝气阀18和曝气盘17；进料池1通过管i 3与厌氧反应器21左上方相连通，气体收集装置9通过管ii 11与厌氧反应器21顶部相连，用以收集厌氧消化产生的沼气气体；电源5的正极和负极分别与阳极板7和阴极板6通过导线连接，阴极板6和阳极板7均垂直设置于厌氧反应器21的中下部，浸入污泥反应区，与厌氧污泥直接接触，电源5给阳极板7和阴极板6施加电压形成电场；搅拌装置8包括电动机、金属中轴和搅拌桨，金属中轴与电动机轴固定连接，搅拌桨等距设置于金属中轴上；厌氧反应器21的底部侧壁通过管iii 15与出料池16相连通，厌氧反应器21的外壁设置有保温层13；氧气储存装置20通过管道与设置在厌氧反应器21内底部的曝气盘17相连通，氧气储存装置20中的氧气通过曝气盘17均匀分散在厌氧反应器21中。
4、基于上述技术方案，进一步地，管i 3上设置有进料泵2和进料阀4。
5、基于上述技术方案，进一步地，管ii 11上设置有排气阀10。
6、基于上述技术方案，进一步地，阳极板7和阴极板6平行对立设置，阳极板7和阴极板6的表面设置有镀膜或钝化层，防止构成回路导致电极腐蚀。
7、基于上述技术方案，进一步地，管iii 15上设置有出料阀14。
8、基于上述技术方案，进一步地，氧气储存装置20与曝气盘17之间的管道上设置有氧气泵19和曝气阀18，曝气盘17的直径略小于厌氧反应器21的内径，保证曝气均匀。
9、本发明还提供利用上述的装置促进农业废弃物厌氧消化的工艺，包括以下步骤：
10、(1)将农业废弃物进行混合调配，调节含固率和c/n比，得到预处理混料，进入进料池1；
11、(2)打开进料泵2和进料阀4，预处理混料经管i 3注入到装有厌氧污泥12的厌氧反应器21中；
12、(3)通过电源5给阳极板7和阴极板6施加电压形成电场，并间隙进行氧气曝气；
13、(4)控制厌氧反应器21的内部温度在30～37℃，ph值在7～8之间；
14、(5)控制厌氧反应器21的水力停留时间在20～40天之间；
15、(6)打开排气阀10，厌氧反应器21产生的沼气通过气体收集装置9收集；
16、(7)打开出料阀14，厌氧反应器21中排出农业废弃物消化产物，经管iii 15排入出料池16。
17、基于上述技术方案，进一步地，步骤(1)中预处理混料的含固率控制在10％～30％，c/n比为(10～20):1。
18、基于上述技术方案，进一步地，步骤(2)中所述的厌氧污泥的vss为15～40g/l，优选为25g/l；
19、基于上述技术方案，进一步地，步骤(2)中所述的预处理混料与厌氧污泥的体积比为1/20～1/40。
20、基于上述技术方案，进一步地，步骤(3)中电极间形成的电场强度为2v/m～200v/m，电源电压变化频率为0hz～240hz。
21、基于上述技术方案，进一步地，步骤(3)每三个小时曝气半个小时，曝氧气量根据进料有机物的浓度进行调整，氧气用量为0.1ml/(g·day)～2.0ml/(g·day)。
22、基于上述技术方案，进一步地，步骤(4)中厌氧反应器21内部最佳温度为37℃。
23、基于上述技术方案，进一步地，步骤(5)中厌氧反应器21内部最佳ph值为7.8。
24、本发明相对于现有技术具有的有益效果如下：
25、本发明的基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置在微曝气条件下厌氧消化系统中的胞外呼吸微生物可以以o2作为电子受体，将在胞内降解有机物产生的电子传递给o2产生活性氧(ros)，利用ros的强氧化性可以加速木质素、(半)纤维素的分解速度。同时，厌氧消化系统中的水解酸化菌在微量氧气的条件下丰度增加并且会分泌更多的胞外酶提高农业废弃物的水解速度。另外，将厌氧微生物置于电场中可以促进蛋白复合物的pcet，提高蛋白复合物的电子传递效率，使胞内电子更易传递至胞外电子受体产生更多的ros。电子传递效率的提高也有利于电活性微生物与产甲烷菌之间直接种间电子传递(diet)的构建。利用细胞色素、导电菌毛等直接将电活性微生物在胞内氧化有机物产生的电子传递至产甲烷菌还原二氧化碳生成甲烷。相较于传统厌氧消化系统内的电子传递途径，diet传递电子更加快速高效，并且可以避免氢分压过高对产甲烷过程的抑制。本发明通过微曝气在厌氧消化系统内生成ros并增加水解酸化菌在体系中的丰度，同时利用电场增加ros的产量并构建diet，从而提高农业废弃物中木质素、(半)纤维素的分解速率，缩短厌氧消化周期并提高甲烷产量。
1.一种基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置，其特征在于，主要包括进料池、搅拌装置、气体收集装置、保温层、厌氧反应器、曝气装置、电化学系统和出料池，厌氧反应器内装有厌氧污泥，电化学系统包括电源、阴极板和阳极板，曝气装置包括氧气储存装置、氧气泵、曝气阀和曝气盘；进料池通过管i与厌氧反应器左上方相连通，气体收集装置通过管ii与厌氧反应器顶部相连；电源的正极和负极分别与阳极板和阴极板通过导线连接，阴极板和阳极板均垂直设置于厌氧反应器的中下部，浸入污泥反应区，与厌氧污泥直接接触，搅拌装置包括电动机、金属中轴和搅拌桨，金属中轴与电动机轴固定连接，搅拌桨等距设置于金属中轴上；厌氧反应器的底部侧壁通过管iii与出料池相连通，厌氧反应器的外壁设置有保温层；氧气储存装置通过管道与设置在厌氧反应器内底部的曝气盘相连通。
2.根据权利要求1所述的基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置，其特征在于，管i上设置有进料泵和进料阀；管ii上设置有排气阀。
3.根据权利要求1所述的基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置，其特征在于，阳极板和阴极板平行对立设置，阳极板和阴极板的表面设置有镀膜或钝化层。
4.根据权利要求1所述的基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置，其特征在于，管iii上设置有出料阀。
5.根据权利要求1所述的基于电场极化和微曝气联合促进农业废弃物厌氧消化的装置，其特征在于，氧气储存装置与曝气盘之间的管道上设置有氧气泵和曝气阀，曝气盘的直径略小于厌氧反应器的内径。
6.利用权利要1-5任一项所述的装置促进农业废弃物厌氧消化的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中预处理混料的含固率控制在10％～30％，c/n比为(10～20):1。
8.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的厌氧污泥的vss为15～40g/l，优选为25g/l；所述的预处理混料与厌氧污泥的体积比为1/20～1/40。
9.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中电极间形成的电场强度为2v/m～200v/m，电源电压变化频率为0hz～240hz；每三个小时曝气半个小时，氧气用量为0.1ml/(g·day)～2.0ml/(g·day)。
10.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(4)中厌氧反应器21内部最佳温度为37℃；步骤(5)中厌氧反应器21内部最佳ph值为7.8。
