本發(fā)明涉及堆肥腐殖化，尤其涉及一種電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置和腐殖化方法。

背景技術(shù)：

1、好氧堆肥是一種將有機(jī)廢棄物無害化處理、并轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)(hs)的過程，其中產(chǎn)生的腐殖化物質(zhì)可被用作有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑等，是實現(xiàn)有機(jī)固廢循環(huán)利用的可靠技術(shù)。有機(jī)固廢中存在一類木質(zhì)纖維素含量較高的物質(zhì)，如秸稈、沼渣、廚余垃圾和園林垃圾等。在好氧堆肥過程中，它們的木質(zhì)纖維素含量高，作為一種物理屏障結(jié)構(gòu)，限制了有機(jī)組分的降解和轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致堆肥腐殖化率低、腐熟周期長。

2、傳統(tǒng)芬頓方法廣泛應(yīng)用于污水處理中，對cod的去處效果好。有研究表明，采用添加芬頓試劑的方法，即h2o2溶液和fe2+離子產(chǎn)生ho·，作用于農(nóng)業(yè)廢棄物能提高堆肥中木質(zhì)纖維素的降解轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)堆肥腐殖化進(jìn)程。然而，運用傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)的h2o2溶液和fe2+溶液時對ph要求嚴(yán)格因此降低了實際應(yīng)用的可操作性，運用傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)的h2o2溶液和fe2+催化劑時，fe2+催化劑在好氧堆肥過程中o2作用下容易發(fā)生氧化而降低芬頓反應(yīng)活性；此外，傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的ho·存在壽命短、傳輸距離短(壽命小于10-4秒，溶液中擴(kuò)散距離“幾納米到幾十納米)，在55％-65％含水率的有機(jī)固廢堆肥體系中ho·傳質(zhì)阻力比水溶液中更大，且難以均勻作用于固廢堆體，極大地限制了芬頓反應(yīng)的作用效果。

3、因此，亟需一種電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置和腐殖化方法，能夠通過提高芬頓反應(yīng)效果而提高堆肥腐殖化率、降低腐熟周期。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置和腐殖化方法，旨在解決傳統(tǒng)好氧堆肥腐殖化率低、腐熟周期長的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置，包括發(fā)酵倉、鼓風(fēng)機(jī)和可轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述發(fā)酵倉內(nèi)的攪拌組件，以及電化學(xué)電源；

3、所述攪拌組件包括攪拌軸、與所述攪拌軸一端連接的驅(qū)動電機(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)設(shè)置在所述發(fā)酵倉的倉壁外部，所述攪拌軸的另一端穿過所述發(fā)酵倉并延伸至所述發(fā)酵倉的內(nèi)腔，所述攪拌軸位于所述發(fā)酵倉的內(nèi)腔部分的外壁上間隔設(shè)置有若干個攪拌器，每個所述攪拌器的一側(cè)嵌設(shè)有用于氣體擴(kuò)散的陰極，另一側(cè)設(shè)置有布滿通氣孔的布風(fēng)管；每個所述陰極上都錨定有fe基催化劑；

4、所述攪拌軸內(nèi)部沿其長度方向設(shè)有主風(fēng)道，且所述主風(fēng)道與每個所述布風(fēng)管連通，所述鼓風(fēng)機(jī)通過管道與所述主風(fēng)道連通，用于向其內(nèi)泵入空氣；

5、所述發(fā)酵倉的倉壁內(nèi)側(cè)設(shè)有陽極，所述陽極和所述陰極均通過導(dǎo)線與所述電化學(xué)電源電性連接。

6、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的裝置還包括與所述發(fā)酵倉內(nèi)腔連通的氣體處理組件和抽氣泵，所述抽氣泵設(shè)置在所述發(fā)酵倉與所述氣體處理組件之間，用于將所述發(fā)酵倉內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體抽出到所述氣體處理組件，并由所述氣體處理組件處理后排出。

7、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述發(fā)酵倉還設(shè)有用于將堆體投入所述發(fā)酵倉內(nèi)腔的入料口，以及用于將發(fā)酵完成的廢料排出的卸料斗。

8、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的裝置還包括控制器，所述驅(qū)動電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和電化學(xué)電源，以及抽氣泵均與所述控制器電性連接。

9、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述陽極的材料為ti、pt、al、si、氧化物或碳基復(fù)合材料中的一種。

10、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述陰極材料包括按照預(yù)設(shè)比例摻雜混合的基底材料和摻雜材料；

11、所述基底材料為鐵-碳材料、鐵-鎳、鐵-鈷-碳材料中的一種；

12、所述摻雜材料為氣凝膠、碳纖維、介孔碳、石墨烯、金剛石中的一種或幾種。

13、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述fe基催化劑為feooh、納米fe2o3、納米鐵碳顆粒中的一種或幾種。

14、第二方面，本發(fā)明還提供一種采用第一方面提供的電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置和腐殖化方法，其步驟包括：

15、s1：將作為堆肥原料的有機(jī)廢物和輔料混合，調(diào)節(jié)好含水率和碳氮比后，得到堆肥堆體；

16、s2：將堆肥堆體加入電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置發(fā)酵倉的內(nèi)腔；

17、接通陰極和陽極的電化學(xué)電源，并啟動攪拌組件和鼓風(fēng)機(jī)，所述鼓風(fēng)機(jī)向每個布風(fēng)管泵入空氣，所述攪拌組件的攪拌軸在間歇性攪拌的同時所述陰極與所述布風(fēng)管泵入空氣中的o2發(fā)生電極反應(yīng)，陰極表面的e-和o2發(fā)生類芬頓的電子反應(yīng)生成ho·,隨著攪拌軸的轉(zhuǎn)動ho·均勻作用于堆肥堆體，使堆肥堆體中的有機(jī)質(zhì)與自由基充分反應(yīng)，以加快堆肥腐殖化進(jìn)程。

18、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟s1中，所述有機(jī)廢物為餐廚垃圾、廚余垃圾、禽畜糞便、城市污泥、秸稈、園林垃圾及沼渣中的一種或幾種；

19、所述輔料為木屑、菌渣、麩皮中的一種或幾種。

20、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟s1中，將所述堆肥堆體的含水率調(diào)節(jié)到55％～65％之間，所述碳氮比調(diào)節(jié)到20:1～30:1之間。

21、作為上述方案進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟s2中，控制電化學(xué)電源輸出恒定電壓以使堆肥堆體在發(fā)酵倉內(nèi)恒壓運行，優(yōu)選的，所述恒定電壓為4～10v。

22、由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，使本技術(shù)具備的有益效果在于：

23、本發(fā)明提供一種電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置，包括發(fā)酵倉、可轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述發(fā)酵倉內(nèi)的攪拌組件和鼓風(fēng)機(jī)，以及電化學(xué)電源；所述攪拌組件包括攪拌軸、與所述攪拌軸一端連接的驅(qū)動電機(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)設(shè)置在所述發(fā)酵倉的倉壁外部，所述攪拌軸的另一端穿過所述發(fā)酵倉并延伸至所述發(fā)酵倉的內(nèi)腔，所述攪拌軸位于所述發(fā)酵倉的內(nèi)腔部分的外壁上間隔設(shè)置有若干個攪拌器，每個所述攪拌器的一側(cè)嵌設(shè)有用于氣體擴(kuò)散的陰極，另一側(cè)設(shè)置有布滿通氣孔的布風(fēng)管；每個所述陰極上都錨定有fe基催化劑；所述攪拌軸內(nèi)部沿其長度方向設(shè)有主風(fēng)道，且所述主風(fēng)道與每個所述布風(fēng)管連通，所述鼓風(fēng)機(jī)通過管道與所述主風(fēng)道連通，用于向其內(nèi)泵入空氣；所述發(fā)酵倉的倉壁內(nèi)側(cè)設(shè)有陽極，所述陽極和所述陰極均通過導(dǎo)線與所述電化學(xué)電源電性連接；如此的設(shè)置，將陰極嵌設(shè)在所述攪拌器的一側(cè)，并在所述攪拌器的另一側(cè)設(shè)置布風(fēng)管，鼓風(fēng)機(jī)將空氣泵入每個布風(fēng)管，空氣中的o2在陰極附近經(jīng)過fe基催化劑的電催化產(chǎn)生ho·作用于堆肥堆體，將陰極設(shè)置在攪拌軸的攪拌器的設(shè)置，在伴隨攪拌軸轉(zhuǎn)動攪拌的同時，產(chǎn)生的ho·能均勻直接分散到堆肥堆體內(nèi)部，使堆肥堆體中的有機(jī)質(zhì)與自由基充分反應(yīng)，可加快難降解木質(zhì)纖維素的降解，提高堆肥堆體腐殖化效率；

24、另外在本技術(shù)中，將fe基催化劑錨定在陰極上，使得fe基催化劑分散負(fù)載到陰極的氣凝膠或者多孔碳材料上，從而使得鐵材料不易聚集而失活，從而可以消除fe基催化劑易氧化失活的技術(shù)問題。

25、2、一種采用第一方面提供的電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置和腐殖化方法，其步驟包括：將作為堆肥原料的有機(jī)廢物和輔料混合，調(diào)節(jié)好含水率和碳氮比后，得到堆肥堆體；將堆肥堆體加入電催化類芬頓促進(jìn)堆肥腐殖化的反應(yīng)裝置發(fā)酵倉的內(nèi)腔；接通陰極和陽極的電化學(xué)電源，并啟動攪拌組件和鼓風(fēng)機(jī)，所述鼓風(fēng)機(jī)向每個布風(fēng)管泵入空氣，所述攪拌組件的攪拌軸在間歇性攪拌的同時所述陰極與所述布風(fēng)管泵入空氣中的o2發(fā)生電極反應(yīng)，陰極表面的e-和o2發(fā)生類芬頓的電子反應(yīng)生成ho·,隨著攪拌軸的轉(zhuǎn)動ho·均勻作用于堆肥堆體，使堆肥堆體中的有機(jī)質(zhì)與自由基充分反應(yīng)，以加快堆肥腐殖化進(jìn)程；在本發(fā)明中，運用電極攪拌促進(jìn)產(chǎn)生的ho·與堆肥堆體有機(jī)質(zhì)充分反應(yīng)，產(chǎn)生的ho·能夠同時作用更多的物質(zhì)，從而加深腐殖化進(jìn)程；通過實驗測定，在本發(fā)明提供的電芬頓反應(yīng)發(fā)生的ph值為4.0～7.0，可見其適應(yīng)范圍寬，無需額外調(diào)節(jié)ph，有效解決了傳統(tǒng)芬頓技術(shù)結(jié)合好氧堆肥工藝過程中ph的限制；與傳統(tǒng)的芬頓方法具有更穩(wěn)定的ho·產(chǎn)生效果，在攪拌軸上攪拌器的作用下ho·在固廢介質(zhì)擴(kuò)散充分從而能夠提高反應(yīng)活性；通過本發(fā)明提供的電催化類芬頓方法耦合好氧堆肥可對有機(jī)質(zhì)的降解、縮短堆肥腐熟周期，從而提高堆肥腐殖化效率。