利用高压静电场促进农业废弃物发酵的设备及方法与流程

本发明涉及生物堆肥发酵领域，具体地说是一种利用高压静电场促进农业废弃物发酵设备及方法。

背景技术：

随着时代的进步，发酵技术不断地完善和改进，提高物料的利用率显得越来越重要。中国是农业大国，每年都会形成大量的农业废弃物尤其是尾菜的浪费，据估算，全国每年农业废弃物产生量约为2.6亿吨，这些废弃农业废弃物如果不经处理随意堆放，会造成粮食资源的浪费，而且农业废弃物随意丢弃会造成严重的污染，因此将农业废弃物回收通过生物方法进行利用产生肥料成为农业废弃物处理中行之有效的方法。传统发酵堆肥，占地面积大，发酵效率较低且质量不佳。而对于现如今存在的大部分发酵设备，如果直接规模化的应用农业废弃物处理还有较大的缺陷，比如堆肥成本过高或堆肥质量不佳而影响堆肥产品销售，导致其产品质量相对较低且工作效率不高。

技术实现要素：

本发明是针对背景技术中提及的传统堆肥发酵方法效率低、利用率低的缺陷，一是提供一种带有静电场发生装置和发酵控温装置的发酵设备对农业废弃物进行发酵处理，二是提供了应用这种设备进行农业废弃物发酵的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种利用高压静电场促进农业废弃物发酵的设备，包括发酵罐的罐体，该设备用于农业废弃物的发酵处理；包括静电场发生装置和发酵控温装置；

静电场发生装置包括中心柱，罐体中央部位设置有与其同轴的中心柱；中心柱与罐体之间的腔体构成用于农业废弃物发酵的发酵室；中心柱为实心金属主体，罐体为金属套，中心柱通过线体与外部的控制器连接；罐体通过线体与外部的地表连接；中心柱和罐体形成作为静电场发生装置中的内外电极，所述的发酵室构成高压静电场；

发酵控温装置包括传感器组；发酵罐的侧壁上下部分别设置有与所述发酵室连通的上料口、下料口、通风口和人孔；所述发酵室的内壁上设置有用于监测物料特性传感器组。

与现有技术相比，本发明所公开的这种农业废弃物发酵设备是在现有发酵设备的基础上增设了静电场发生装置，在农业废弃物发酵处理过程中，其前期先用高压静电场对农业废弃物物料进行高压静电处理，使得农业废弃物的内部结构发生变化，即提高酶的活性，进而提高了后续发酵效率和效果，然后再对高压静电处理后的农业废弃物进行常规堆肥发酵的后期处理，设备结构简单，制作方便，能够有效解决农业废弃物发酵速率慢、产品质量低、单纯处理农业废弃物发酵的设备成本高等问题。

作为优选的技术方案，罐体的外部套装有保温层。

作为优选的技术方案，中心柱的外表面上设置有用于绝缘的涂覆层。

作为优选的技术方案，所述控制器控制高压静电场，包括控制静电场开关、控制静电场操作时间、控制静电场强度。

作为优选的技术方案，所述静电场发生装置的输入电压为市电，输出电压为10-100kv。

一种利用发酵设备进行农业废弃物发酵的方法，具体步骤如下，

s1、收集农业废弃物，将农业废弃物进行粉碎处理；

s2、通过上料口将s1处理好的农业废弃物投入发酵室内，进行堆肥发酵处理；

发酵处理前期，打开控制器中静电场发生装置的开关，保证发酵室中的物料处于高压静电场中进行静电处理；处理电压为10～100kv；

s3、发酵处理后期，关闭静电场发生装置，物料在发酵罐内继续进行堆肥发酵。

作为优选的技术方案，发酵处理后期，通过传感器组对物料特性进行实时监测，保证其发酵过程中国，物料含水率保持在50%-60%、氧气浓度保持在8%-16%、温度保持在45℃-65℃。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图中：保温套1，罐体2，中心柱3，涂覆层4，上料口5，通风口6，传感器组7，下料口8，人孔9，发酵室10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明能做进一步说明。

本发明是在农业废弃物发酵过程中，在其发酵设备中增设高压静电场发生装置，在农业废弃物发酵前期，先利用高压静电场对其进行处理，使其自由基含量增加，从而使生物膜透性增加，酶的活性增强。酶活性的增强还与电场处理时诱导酶的合成有关。在高压静电场处理过程中，在电场的作用下引起了蛋白质、糖、脂质等极性分子和离子的定向排列，从而引起含金属离子酶的构象发生变化。高压静电场可以通过改变细胞膜组分排列，产生电穿孔，增加了细胞膜的渗透性或激活转运蛋白质，增加了其对水分、离子等的吸收转运，活化代谢过程中的酶，促进细胞代谢，提高其产酶能力。总的来说，由于高压静电场影响了酶的活性中心，处理时，改变了酶内部的离子结构，进而提高了酶的稳定性，进而影响了酶的活性，最终提高了农业废弃物原料的利用率及堆肥效率。本实施例中，以尾菜作为典型农业废弃物进行详细说明。

经过高压静电场进行前期处理的尾菜物料和未经过高压静电场处理的尾菜物料，在其进行后期的常规堆肥发酵处理过程中，无论在发酵周期、发酵产品质量中都具有明显的区别，根据发酵物料初始ph值、发酵温度和接种活菌量的不同，分别进行了产酶活性和发酵时间的比对，具体差别见附表1-3：

表1：初始ph值4.7-5.1、发酵温度24-36℃、接种活菌量11-13

表2：初始ph值3.0-6.2、发酵温度30-32℃、接种活菌量11-13

表3：初始ph值4.7-5.1、发酵温度30-32℃、接种活菌量9-15

由此可见，针对不同的发酵环境，增加高压静电场前后的产酶活性和发酵时间都有显著的不同，且明显加电场后效果好。

参见附图1-2，本发明所公开的这种发酵设备带有高压静电场发生装置，在尾菜发酵过程中，其前期同时用高压静电场进行静电处理，静电处理完之后再进行常规堆肥发酵处理。这种发酵设备包括保温套1、罐体2、中心柱3、涂覆层4、上料口5、通风口6、传感器组7、下料口8、人孔9、发酵室10。该设备包括静电场发生装置和发酵控温装置，由于本专利处理方法采用高压静电场处理，处理过程中会对家畜粪便发酵所需的微生物造成破坏，因此本申请所公开的发酵过程中的静电处理只针对尾菜进行处理，对家畜粪便等不做处理。

静电场发生装置主要用于对尾菜发酵过程中对尾菜进行前期处理。罐体中央部位设置有与其同轴的中心柱；中心柱与罐体之间的腔体构成用于尾菜发酵的发酵室；中心柱为实心金属主体，罐体为金属套，中心柱通过线体与外部的控制器连接；罐体通过线体与外部的地表连接；中心柱和罐体形成作为静电场发生装置中的内外电极，所述的发酵室构成高压静电场。

作为一个优选的实施例，中心柱采用实心不锈钢柱，罐体采用铝板制成，保温层采用保温效果好、抗冲击能力强的聚苯乙烯泡沫板作为外壁，以达到保温和保护设备的作用。针对物料静电处理产物带电等问题，在中心柱的外表面设置有绝缘的涂覆层，将聚甲醛涂抹在内电极上作为涂覆层，涂覆层的厚度为5-6mm，以解决物料静电处理产物带电的问题。且当场强达到20kv/mm时，才能达到聚甲醛的击穿场强，不会和物料发生化学反应。因此，将直流电场电压选定为20kv。

发酵控温装置包括传感器组；发酵罐的侧壁上下部分别设置有与所述发酵室连通的上料口、下料口、通风口和人孔，上料口、下料口、人孔等选用有机玻璃。发酵室的内壁上设置有用于监测物料特性的传感器组，物料特性包括物料温度、含水量、ph值、物料空间co²含量。传感器组包括温度传感器、氧气传感器、温湿度传感器及电导率传感器以检测和控制发酵过程中微生物的活性。

预发酵室的外侧有控制静电场开断的开关及控制按钮。包括控制静电场开关的按钮、控制静电场操作时间的按钮、控制静电场强度的按钮。静电场发生装置的输入电压为市电，输出电压为10-100kv。

由于该专利选择了同轴式的发酵室，由于其内电极必须选用具有良好的导电性的材料，因此该专利的预发酵室的内电极采用高强度，强导电的不锈钢材料，铝具有理论比能量高、成本低、产量大、元素储量大等优点，金属铝的能量密度为8.2w·h/g,仅次于金属锂，且体积能量密度高，地壳丰度大，同时，由于铝在空气中会钝化，从而在外部形成致密稳定的氧化铝，进而有效的防止了其继续的氧化，保护了电极材料，提高了使用寿命，因此外电极则采用可塑性极强的金属制作而成。

利用发酵设备进行尾菜发酵的方法，具体步骤如下，

s1、收集尾菜，将尾菜进行粉碎处理；

s2、通过上料口将s1处理好的尾菜投入发酵室内，进行堆肥发酵处理；

发酵处理前期，打开控制器中静电场发生装置的开关，并且用控制静电场开关的按钮、控制静电场操作时间的按钮、控制静电场强度的按钮对静电场进行控制，保证发酵室中的物料处于高压静电场中进行静电处理；处理电压在10～100kv之间可调，处理时间基于物料的理化（物理化学特性，包括但不仅限于电导率、击穿场强、极化特性、介电强度等），特性以及不同菌种对电场的应激响应进行调整，一般处理时间为1-3小时。

s3、静电处理结束后，关闭静电场发生装置，处理后的物料在发酵罐内进行进一步的发酵处理，通过温度传感器、氧气传感器、温湿度传感器及电导率传感器以控制微生物的活性。发酵期间，将含水率保持在50%～60%之间，氧气浓度保持在8%～16%之间，当氧气浓度低于该值时，采取通风的方法来补充氧气，通过温度传感器测量温度，将温度保持在45℃～65℃之间。在发酵过程中根据传感器的测量值适时通风，每日定时取样化验，直至腐熟完成，通过电导率传感器对尾菜腐熟产品的肥力进行检测，以提高产品质量。

由于尾菜电位波电压脉冲幅值为0～20kv可调，因此在此范围内对尾菜发酵进行前期处理，提高了尾菜后续的发酵效率以及堆肥质量，在发酵罐中，对尾菜进行高压静电处理，提高了酶的活性，从而进一步加快了堆肥效率。