厌氧胶

干式厌氧发酵是近年来发展非常迅速的一项新技术，在畜禽粪便处理、秸杆制气、餐厨垃圾处理等方面有很好的应用前景。具有原料预处理要求低、沼液产量少、能源少、管理方便等优点。 一、干式厌氧发酵 专门针对含固率大于15%成分比较复杂的有机废弃物的厌氧消化处理技术。 二、工艺类型 连续式工艺主要用于含固率15%~25%之间，比较粘稠的有机废弃物的处理；间歇式工艺主要用于含固率在25%以上，且物料粒径分布范围较大，通透性较好的有机废弃物的处理。 三、国内外干式厌氧发酵工艺 有机废弃物干式厌氧发酵技术最早起源于欧洲，目前比较成熟的工艺有比利时的Dranco，法国的Valorga，瑞士的Kompogas和德国的LARAN，而国内关于干式厌氧发酵的研究起步较晚，目前绝大部分工艺还处在实验研究阶段。 1.欧洲干式发酵工艺概况 从20实际40年代起，欧洲一些发达国家就开始尝试研究和使用干式厌氧消化技术，到20世纪80年代，干式厌氧消化技术在德国、荷兰、瑞士和比利时等欧洲国家开始市场化应用。 1）间歇式干式发酵处理工艺与连续干发酵工艺相比，间歇式干发酵工艺发展相对稍晚一些，从90年代初开始商业化应用。主要有德国的Bioferm、BEKON及Wehrlewerk公司的Bioferm，BEKON以及Biopercolat干发酵工艺等。Bioferm工艺 主要应用于含水率低于75%的有机固体废弃物的处理，属于单级车库式中温厌氧消化工艺。该工艺的主要特点是原料投加到反应器内再不需要搅拌或翻掀，也不需要增加额外的补充水，且原料在进入反应器内后不需要做任何预处理。BEKON工艺 BEKON工艺与Bioferm工艺基本上完全相同，也是车库式间歇干式发酵工艺。唯一不同的是BEKON工艺具有高温和中温两种，而Bioferm只有中温。GICON工艺 GICON工艺属于间歇式处理工艺，与上述BEKON与Bioferm间歇式厌氧干发酵工艺相比，主要不同点是GICON工艺是根据微生物的分解步骤将厌氧消化过程分成两个阶段来实现——水解阶段（干式发酵）和产甲烷阶段（湿式发酵）。 2）连续干式发酵处理工艺 从20世纪40年代起，欧洲一些发达国家就开始尝试研究和使用干式厌氧消化技术，到20世纪80年代，干式厌氧消化技术在德国、荷兰、瑞士和比利时等欧洲国家开始市场化应用。其中最具代表性的连续干发酵系统工艺为：比利时OWS公司的Dranco干发酵工艺、法国VALORGA INTERNATIONAL S.A.S 公司的Valorga干发酵工艺、瑞典的KOMPOGAS公司的KOMPOGAS BRV等。Dranco工艺 该工艺属于竖式推流发酵工艺，属于单级中温/高温干式（高固体）厌氧消化工艺。Dranco工艺又分为Dranco和Dranco-Farm，Dranco主要用于餐厨垃圾、城市固体废弃物的有机部分等，而Dranco-Farm主要用于能量作物和工业有机废弃物的处理。Valorga工艺 该工艺属于竖式气体搅拌干发酵工艺，主要应用于有机固体废弃物和城市生活垃圾处理方面，有高温和中温两种形式。是第一个用于对生活垃圾经机械分选后剩余有机部分处理方面的发酵工艺。Kompogas BRV工艺 Kompogas BRV工艺属于卧式推流发酵工艺，主要应用于有机固体废弃物和城市生活垃圾处理方面，属于单级高温干式（高固体）厌氧消化技术。Laran工艺 主要应用于含水率15~45%的有机固体废弃物的处理，属于单级干式卧式推流厌氧消化工艺，有高温和中温两种形式。该工艺与Kompoga相似，主要不同的搅拌方式，Laran工艺采用的是分段搅拌方式，比Kompogas工艺设备多且比较分散。 2.国内干式发酵工艺概况我国对厌氧消化技术的研究相对滞后，尤其是干发酵技术，目前国内致力于干发酵技术的研究和推广应用还比较有限。主要有以下几种工艺模式： 1）覆膜槽沼气干式发酵系统该工艺建设若干个发酵槽，间歇使用，实现好氧升温-厌氧产气-好氧制肥三段同槽发酵工艺，其中厌氧利用柔性膜密封，好氧升温及制肥时将柔性膜取下。 2）干式发酵反应器（立式/卧式两种） 该设备适用于各种有机废弃物和能源作物厌氧发酵工程。 3）多元废弃物车库式干式发酵工艺没有或者几乎没有自由流动水的沼气厌氧微生物发酵过程，是处理有机同体生物质的有效方法，耗水量比湿法发酵大大降低，无沼液消纳问题，适用于各种有机废弃物和能源作物厌氧发酵工程。 行业专家表示干发酵目前在国外是热点和趋势，“相对于我们传统的湿发酵来说，干发酵技术具有三大优点：原料适应性较广；容积产出率较高；整个发沼过程当中没有沼液外排，避免二次污染。”除农业秸秆、畜禽粪便以外，干发酵还可以针对有机垃圾、餐厨垃圾，以及其它农产品废弃物进行处理发酵。 厌氧发酵是沼气工程的基础，而厌氧发酵是一个复杂的过程，预处理、接种比例、总固体浓度、原料、温度和外源添加物等因素都会对厌氧发酵的产气率造成影响。因此，除了要根据发酵原料选择适宜的厌氧发酵工艺及系统结构，选择适宜的沼气成分监测设备，如沼气分析仪Gasboard-3200系列，通过对产出沼气中CH4、H2S、O2、CO2气体浓度的检测，判断发酵工艺状况，并对工艺过程进行适度调控，以降低各因素对产气率造成的负面影响，提高发酵系统的沼气发酵效果也是十分必要的。沼气分析仪（在线型）Gasboard-3200 我国现今能源短缺，发展低碳经济、循环经济已成为世界性潮流。厌氧干式发酵技术在各种固体有机废弃物资源化利用上具有一定的技术优势，由于我国对该技术的研发起步较晚，仍有巨大的研究空间，尤其是在干发酵接种量大、启动慢及易积累有机酸等方面，以求进一步提高干发酵系统的沼气发酵效果。来源：微信公众号@沼气工程及其测控技术，转载/修改转载请务必注明来源！

传感技术是现代信息产业的支柱之一。由软材料构建的柔性传感器件可作为传统硬质传感器件的重要补充，在可穿戴传感、智慧医疗、软机器人、人机交互等领域具有重要的应用价值。得益于离子导电凝胶材料良好的生物相容性、力学匹配性和类生物导电机制，离子导电凝胶被认为是最有发展潜力的柔性传感材料之一，在运动感知、健康监测、通讯交流等领域得到广泛研究。然而，由于凝胶网络本征的亲水特点，传统离子导电凝胶传感材料在水环境中缺乏稳定性，无法应用于包括海洋在内的各类水环境中。而海洋与陆地一样，是人类的重要活动空间，尤其是随着海洋开发战略的推进，发展海洋传感材料成为迫切的需求。因此，解决离子导电凝胶材料的海洋稳定性问题，发展适用于海洋环境的高性能凝胶传感器件对于海洋活动具有重要意义。近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队研究员陈涛和博士魏俊杰，致力于离子导电凝胶基智能传感材料的研究，并利用疏水界面对水分子和导电离子的扩散屏障功能实现了导电凝胶材料的水下多功能传感应用。然而，含盐海水的高导电性会对离子凝胶传感器的传感性能产生明显的抑制作用，导致离子导电凝胶的海洋传感性能存在不足。对此，该团队近期在疏水界面结构的基础上，进一步利用质子导电机制和盐诱导解离效应设计了在海水环境中具有盐适应能力的离子液体凝胶材料，实现了海洋传感应用。如图所示，该工作合成了一种同时含有亲水链段（接枝有磺酸基团-SO3-和季铵根基团-N(CH3)3+）和疏水链段的聚合物Proton Conductive Material（简称PCM），并将其引入到由疏水单体（MMA）和疏水离子液体（[BMIm]PF6）构建的耐水性离子导电凝胶中。聚合物PCM中的疏水链段可以使其在疏水凝胶中具有良好的相容性，而亲水链段中的两性离子基团可促进离子液体发生解离，提高凝胶中的自由离子含量。此外，-SO3-与[BMIm]+的静电作用为质子提供了迁移通道，在离子导电凝胶中形成了特殊的质子导电机制，进一步提高了凝胶的导电性，为改善其在高导电性海水中的传感性能奠定了基础。[BMIm]+-Cl-的作用强度高于Na+-Cl-和[BMIm]+-PF6-的作用强度，因此海水中的盐能够对凝胶中的离子液体产生诱导解离作用，使凝胶的导电性随着盐含量的增大而提高，即导电能力的盐适应性增强。这种盐适应导电增强能力使得凝胶传感器的传感灵敏度不会因为高盐含量海水的高导电性而受到削弱，反而展现出远超空气环境和纯水环境的传感性能。基于这种特性，该盐适应离子导电凝胶被应用于潜水人员的呼吸监测、运动感知、海下信息通讯以及海洋机器人的动作识别等海洋传感领域，展现出良好的传感性能。这一盐适应凝胶传感材料初步满足了海洋应变传感需求，为未来进一步构建高灵敏、多模式海洋传感材料提供了设计思路。相关研究成果以Salt-Adaptively Conductive Ionogel Sensor for Marine Sensing为题，发表在Small（DOI:10.1002/smll.202305848）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、宁波市重点研发计划和宁波市自然科学基金等的支持。导电凝胶的盐适应结构与海洋传感应用

近日在湖南某沼气工程现场，工作人员惊奇地发现：仅通过厌氧发酵工艺，竟然直接制取出了CH4浓度高达94%的生物天然气！众所周知，一般沼气生产生物天然气要经过净化和提纯两个步骤，才可得到高甲烷浓度的生物天然气，以用作管道燃气、热电联供、生产压缩天然气和罐装燃气等。而该沼气工程项目并没有复杂的净化、提纯过程，就制出了CH4浓度高达94%的生物天然气，让人匪夷所思！发酵罐 据了解，该项目厌氧发酵罐规模为800m3 ，其发酵原料主要来源于种猪养殖场的粪便与尿液，项目数据监测则采用武汉四方光电子公司-四方仪器自控的沼气工程监测方案Gasboard-9230产品，用以对沼气流量，沼气成分，发酵罐温度和PH值等数据的监测与无线传输。对于直接通过厌氧发酵产出CH4浓度高达94%的沼气，所有人的第一反应是检测仪器出了故障。为了解决大家心里的困惑，公司派出检测人员，携带系列专业气体检测仪器，逐一对项目产出的沼气成分进行检测。大中型沼气工程监测现场 工作人员首先使用100%CH4和50%CO2的标准气体，对现场一体化沼气分析系统Gasboard-9060进行校准。对一体化沼气分析系统Gasboard-9060进行校准 首先，采用该在线检测设备对现场沼气成分进行检测，结果显示CH4浓度为94.39%！根据以往经验，在没有进行提纯前，沼气成分中的CH4一般在40-65%之间，很难超过70%。如今却是94.39%。一体化沼气分析系统Gasboard-9060的检测数据 随后，使用公司最新研发的沼气分析仪（智能便携型）Gasboard-3200Plus进行检测。该产品采用非分光红外气体分析技术，其分析仪器检测显示的结果依然达到了94.42%！与在线仪器无差别，仪器故障的可能性逐渐被排除。用最新沼气分析仪（智能便携型）Gasboard-3200plus再次检测Gasboard-3200Plus的检测数据 考虑到沼气中除含有甲烷外，可能还含有复杂的烷烃成分（乙烷等），在红外吸收光谱中，甲烷的中红外吸收特征波长易受乙烷影响，从而影响检测设备对甲烷浓度的测量。为了排除这种可能，检测人员提出采用公司的红外煤气分析仪Gasboard-3100再检测一次。煤气分析仪Gasboard-3100同样采用非分光红外气体分析技术，可同时测量煤气、生物燃气的热值，以及甲烷、乙烷等气体浓度，最重要的是可排除乙烷影响并准确检测甲烷浓度。然后，检测结果仍是惊人的96.08%的高浓度！自此，仪器故障、检测不准的原因被彻底排除了。用煤气分析仪（在线型）Gasboard-3100检测排除干扰可能Gasboard-3100的检测数据 排除了仪器故障问题，但疑云仍未拨开！为此，四方仪器总经理熊友辉博士携带相关气体成分检测仪器驱车300多公里，亲临项目现场对该沼气项目再次进行了深入调查研究与分析。熊博士在监测现场 现场在线监测系统显示仪器进气流量正常，这次Gasboard-9060监测系统显示CH4浓度为91.38%。Gasboard-9060的检测数据Gasboard-3200Plus的检测数据便携红外天然气热值分析仪Gasboard-3110P的检测数据 从这次现场的检测数据来看，厌氧发酵产出的沼气CH4含量确实在90%以上，检测数据可靠性没有问题。但是有一个现象引起了大家的重视，就是该项目安装的超声波沼气流量计BF-3000的瞬时流量接近是零，累计流量只有1500多立方米。也就是说，安装监测系统一个月以来，平均每日的产气量只有50m3左右，显然这个沼气工程没有达到设计的中温发酵1.0（800m3）的容积产气率，即使是常温发酵，容积产气率0.3（240m3）也没有达到。为了探其究竟，熊博士与业主进行了深入的交流。超声波沼气流量计BF-3000累计流量显示数据 由于发电机组噪音大，发电也不能上网，生产的沼气用途不大，因此实际发电没有正常进行，只是偶尔需要的时候发电。同时沼气发酵产生的沼液沼渣也需要处理，而附近没有可以完全消纳沼液沼渣的场所，因此厌氧发酵装置无法真正发挥作用。由于本项目位于一个大型的水库附近，粪污排放受到严格控制，为了彻底解决问题，业主将干清粪的粪便用于生产有机肥，清粪的粪水和尿液通过沉淀池后一部分进入发酵罐用于生产沼气，一部分通过自行设计的微曝气池再进入额外设计的好氧生化氧化池进行水处理，发酵罐产生的沼液沼渣也排入好氧生化氧化池进行污水处理后达标排放。微曝气池好氧生化池 由于大量废水进入厌氧发酵罐产生的沼气不被经常使用，更易溶于水的CO2被溶解（水洗沼气净化提纯就是利用这个原理），并随着大量低浓度的沼液一起排出，造成发酵罐中沼气CH4含量的不断升高。至此，沼气工程项目直接制取高浓度生物天然气的原因终于真相大白。通过持续脱除溶解在发酵液中的CO2，沼气中CH4含量持续升高，甚至达到接近天然气的水平。其实国外正在进行厌氧发酵沼气原位提纯的研究，通过改变厌氧发酵过程中CO2、H2等含量，脱除CO2或增加H2含量等都可以显著提高沼气中的CH4含量，达到直接制取生物天然气的目标。 通过本次调研我们也发现，限制我国大型养殖企业沼气工程发展的难点在于沼液沼渣的处理，沼液看似是一种有机肥，但是受有机肥覆盖面积、长期使用适应性以及需求季节性的影响，企业都很难妥善处理沼液的利用问题，沼渣以及基于干粪形成的有机肥倒是不存在销售出路问题。如果不能有效处理沼液问题，采用干湿分离，冲水粪尿采用污水处理工艺或许是一个更加正确的选择。 目前，大型畜禽粪便沼气工程或许需要一次整体系统性的技术提升，才能够从一个不健康的产业中走出来！（来源：微信公众号@沼气工程及其测控技术）