本发明属于农业生态与环保，特别涉及一种基于热电循环利用的高温堆肥装置及其应用。
背景技术：
1、土壤肥力是关乎农业生产产量效率的关键因素。肥料是农业生产中不可或缺的营养补充物质，可以提高土壤肥力，增加作物产量。当前，农业生产中使用的肥料类型包括无机肥、有机肥、复肥及生物菌肥等。其中，有机肥是一种基于天然有机物(如禽畜粪污和秸秆等)，经过发酵和腐熟等处理过程后制成的肥料，能够改善土壤理化性质，提高土壤渗水、保水、保肥能力；此外，有机肥包含多种有机酸与多种有益菌，能增加有机物的营养元素，并具有一定的营养物质缓释能力，使土壤更加肥沃。然而，在有机肥生产与使用过程中，也可能存在潜在的生态乃至人体健康风险。
2、发酵生产的有机肥中可能存在重金属、抗生素、病原菌等污染因子；同时，在施用过程中这些污染因子可能释放到土壤中，并进一步通过植物的吸收和富集作用进入到作物中，超标的重金属可能延迟作物生长，降低作物产量，缩短作物生命周期，并对作物的生长发育和质量保障产生负面影响。常见的重金属超标的有机肥包括粪便肥、污泥肥、农业废弃物肥料等，或来自畜禽饲料，或来自污水的排放。因此，若在有机肥堆制生产的同时去除物料中的重金属，对于有机肥的安全施用将起到重要作用。
3、电动修复技术在土壤等介质中对于重金属的去除具有良好的效果。通过电动过程中的电渗析与电迁移作用，将以阳离子或阴离子形式存在的重金属分别向阴极和阳极迁移，从而逐步从土壤介质中去除。基于此，电动处置过程在从有机肥物料中去除重金属方面也将具有潜在的应用价值。然而，供电问题是电动修复技术应用于野外作业的限制因素。当前，太阳能供电是新能源的代表之一，但太阳能装置较昂贵，特别在大面积应用需求时成本较高。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于热电循环利用的高温堆肥装置及其应用，可有效利用堆肥过程中产生的生物热转化为电能，再通过电动过程减少物料中的重金属含量，起到能量自产自销、循环利用的作用。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明一方面提供一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，包括发酵罐体、罐体盖、液体储罐、发酵罐支撑架、电动处置模块及温差发电系统，其中发酵罐体设置于发酵罐支撑架上，发酵罐体的侧壁设有装卸料口，装卸料口通过罐体盖密封，发酵罐体的侧壁为设有冷水层的夹层结构，发酵罐体的内壁上设有真空隔热层，温差发电系统容置于发酵罐体内且穿过真空隔热层与发酵罐体的内壁连接，温差发电系统利用高温发酵生物热与发酵罐体侧壁内的冷水层之间的温差产电；
4、电动处置模块设置于发酵罐体的两端，电动处置模块与温差发电系统连接，电动处置模块通过电动过程减少物料中的重金属含量。
5、所述温差发电系统包括沿轴向布置且依次串联的多组温差发电片组，每组温差发电片组包括呈环形布置且依次串联的多个p/n型导体，各p/n型导体均沿径向布置，且一端与所述发酵罐体的内壁连接。
6、所述p/n型导体包括平行设置的p型导体和n型导体，p型导体和n型导体置于所述发酵罐体中心的另一端通过一导电片连接；
7、一组所述p/n型导体的n型导体与相邻所述p/n型导体中的p型导体的一端通过另一导电片连接并固定在所述发酵罐体的内壁上。
8、所述温差发电系统和所述电动处置模块之间的电路上设置有dc-dc稳流器和电流电压监测器，dc-dc稳流器用于维持所述温差发电系统的电流稳定输出，电流电压监测器用于记录电流强度。
9、所述电动处置模块包括设置于所述发酵罐体两端的阳极室和阴极室，阳极室和阴极室与所述发酵罐体之间通过阴离子交换膜和阳离子交换膜隔离，阳极室和阴极室内分别设有阳极和阴极，阳极和阴极与所述温差发电系统连接。
10、所述阳极室的顶部和底部分别设有阳极室注液口和阳极室排液口；所述阴极室的顶部和底部分别设有阴极室注液口和阴极室排液口。
11、所述发酵罐体内沿轴向布置有气液导管，气液导管的侧壁上布设有多个注气注液孔，气液导管的一端封闭，另一端与注气气路和注液液路连接；所述发酵罐支撑架上设有液体储罐，液体储罐与注液液路连接，液体储罐设有储罐开关；注气气路与所述阳极室连通。
12、所述发酵罐体上设有发酵罐气压表、气压阀、数显温度计及冷水层温度计，其中发酵罐气压表和数显温度计分别用于检测所述发酵罐体内的气压和温度；气压阀用于控制所述真空隔热层内的气压；冷水层温度计用于检测所述冷水层内温度。
13、所述发酵罐体的两端中心设有手动罐体旋转轴，通过手动罐体旋转轴驱动所述发酵罐体旋转。
14、本发明另一方面提供一种如上所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置的应用，所述基于热电循环利用的高温堆肥装置应用于有机肥发酵腐熟制备的同时进一步去除重金属污染物，从而实现环境友好的绿色有机肥生产与热量循环利用。
15、本发明的优点及有益效果是：
16、1.本发明提供的一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，可有效利用堆肥过程中产生的生物热转化为电能，再通过电动过程减少物料中的重金属含量，起到能量自产自销、循环利用的作用。
17、2.本发明提供的一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，通过延伸至发酵堆体核心区的p型导体与n型导体对温度的感知，形成电流，最大限度利用了生物热能的二次利用。
18、3.本发明提供的一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，最外层包括冷水层和真空隔热层，并将pn结一端接触其中，有效保障与深入堆体内部核心区的导体另一端的温差，促进电能产生。
19、4.本发明提供的一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，在发酵过程中所产生的电动效应可通过直流弱电刺激保持指示性的发酵微生物丰度，提高微生物发酵活性及有机肥腐熟效率。
20、5.本发明提供的一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，在两个电极区与发酵罐体之间使用离子交换膜隔开，同时起到重金属离子收集与避免发酵堆体物料极端酸碱化的作用，保证发酵微生物的生理活性。
21、6.本发明提供的一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，在发酵过程中可对发酵物料进行实时调节，包括通气供氧、物料ph调控及碳源补给等，同时可通过手动旋转进行罐体内物料混合，使得在不开罐的条件下实现物料的发酵调节，并保障发酵体系温度。
22、7.本发明提供的一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，特别适合于高有机质含量的初始发酵物料的高温发酵堆肥制备，可通过持续的有机质微生物分解过程中补充经电迁移过程造成的无机氮、磷、钾元素的流失，故而在重金属离子去除的过程中仍然保持可靠的物料肥力。
1.一种基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，包括发酵罐体(1)、罐体盖(2)、液体储罐(3)、发酵罐支撑架(14)、电动处置模块及温差发电系统，其中发酵罐体(1)设置于发酵罐支撑架(14)上，发酵罐体(1)的侧壁设有装卸料口(37)，装卸料口(37)通过罐体盖(2)密封，发酵罐体(1)的侧壁为设有冷水层(8)的夹层结构，发酵罐体(1)的内壁上设有真空隔热层(31)，温差发电系统容置于发酵罐体(1)内且穿过真空隔热层(31)与发酵罐体(1)的内壁连接，温差发电系统利用高温发酵生物热与发酵罐体(1)侧壁内的冷水层(8)之间的温差产电；
2.根据权利要求1所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，所述温差发电系统包括沿轴向布置且依次串联的多组温差发电片组，每组温差发电片组包括呈环形布置且依次串联的多个p/n型导体，各p/n型导体均沿径向布置，且一端与所述发酵罐体(1)的内壁连接。
3.根据权利要求2所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，所述p/n型导体包括平行设置的p型导体(29)和n型导体(30)，p型导体(29)和n型导体(30)置于所述发酵罐体(1)中心的另一端通过一导电片(28)连接；
4.根据权利要求1所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，所述温差发电系统和所述电动处置模块之间的电路上设置有dc-dc稳流器(19)和电流电压监测器(38)，dc-dc稳流器(19)用于维持所述温差发电系统的电流稳定输出，电流电压监测器(38)用于记录电流强度。
5.根据权利要求1所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，所述电动处置模块包括设置于所述发酵罐体(1)两端的阳极室(22)和阴极室(23)，阳极室(22)和阴极室(23)与所述发酵罐体(1)之间通过阴离子交换膜(25)和阳离子交换膜(27)隔离，阳极室(22)和阴极室(23)内分别设有阳极(24)和阴极(26)，阳极(24)和阴极(26)与所述温差发电系统连接。
6.根据权利要求5所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，所述阳极室(22)的顶部和底部分别设有阳极室注液口(5)和阳极室排液口(20)；所述阴极室(23)的顶部和底部分别设有阴极室注液口(12)和阴极室排液口(32)。
7.根据权利要求5所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，所述发酵罐体(1)内沿轴向布置有气液导管(33)，气液导管(33)的侧壁上布设有多个注气注液孔(16)，气液导管(33)的一端封闭，另一端与注气气路(7)和注液液路(18)连接；所述发酵罐支撑架(14)上设有液体储罐(4)，液体储罐(4)与注液液路(18)连接，液体储罐(4)设有储罐开关(4)；注气气路(7)与所述阳极室(22)连通。
8.根据权利要求1所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，所述发酵罐体(1)上设有发酵罐气压表(9)、气压阀(10)、数显温度计(11)及冷水层温度计(39)，其中发酵罐气压表(9)和数显温度计(11)分别用于检测所述发酵罐体(1)内的气压和温度；气压阀(10)用于控制所述真空隔热层(31)内的气压；冷水层温度计(39)用于检测所述冷水层(8)内温度。
9.根据权利要求1所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置，其特征在于，所述发酵罐体(1)的两端中心设有手动罐体旋转轴(17)，通过手动罐体旋转轴(17)驱动所述发酵罐体(1)旋转。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于热电循环利用的高温堆肥装置的应用，其特征在于，所述基于热电循环利用的高温堆肥装置应用于有机肥发酵腐熟制备的同时进一步去除重金属污染物，从而实现环境友好的绿色有机肥生产与热量循环利用。