1.2　發(fā)酵工藝類型

1.2.1　兩相發(fā)酵工藝

瘤胃是一種高效利用秸稈的生態(tài)體系。依靠纖維素水解菌的作用，食草動物能獲得750mg COD/（L·h）的能量。這部分能量主要以乙酸的形式被吸收[79-81]，接種瘤胃厭氧發(fā)酵（RUDAD）技術(shù)常用于秸稈水解強(qiáng)化研究[82]，RUDAD兩相發(fā)酵工藝正是利用瘤胃水解產(chǎn)酸菌和甲烷菌在生理特性、倍增周期等方面的差異，調(diào)控發(fā)酵參數(shù)來實(shí)現(xiàn)水解相和產(chǎn)甲烷相的分離。如Hoover等[83]將接種瘤胃液的水解裝置和UASB組成兩相反應(yīng)器［圖1-2（a）］，水解相產(chǎn)生的VFAs進(jìn)入UASB產(chǎn)甲烷，沼液回流到酸化相。HU等[84]在發(fā)酵香蒲時，先利用瘤胃水解底物，然后進(jìn)入CSTR底層，固渣在下層排出，VFAs進(jìn)入UASB上層實(shí)現(xiàn)固液分離［圖1-2（b）］；當(dāng)有機(jī)負(fù)荷為12.1g/L時，干物質(zhì)降解率達(dá)到了62%。Zhang等[85]利用瘤胃液水解稻秸24h后，最終甲烷產(chǎn)率達(dá)到了285.1mL/g。

（a）兩相反應(yīng)裝置[83]
1—水解相；2—30μm濾膜；3—產(chǎn)甲烷相；4—排出泵；5—產(chǎn)甲烷相流出液；6—攪拌裝置；7—燒瓶；8—緩沖液；9—泵

（b）改造的UASB反應(yīng)裝置[84]
1—污泥層；2—機(jī)械攪拌；3—溫度探頭；4—排出管；5—固相流出管；6—擋板；7—蠕動泵；8—磁力攪拌器；9—加料罐；10—?dú)饽遥?1—攪拌裝置；12—沼氣收集管；13—液相流出管；14—控制裝置

圖1-2　兩相發(fā)酵工藝裝置

由此可見，兩相工藝中，水解相接種高效水解菌（如瘤胃微生物），通過提高固渣停留時間、減少VFAs的積累來提高效率；而在產(chǎn)甲烷相，由于甲烷菌倍增時間較產(chǎn)酸菌要長，通過提高水力停留時間、回流等措施來防止甲烷菌被“洗出”[4，86]。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于水解產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷相很難嚴(yán)格分開、運(yùn)行成本高等問題，因此至今沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。