1.2　发酵工艺类型

1.2.1　两相发酵工艺

瘤胃是一种高效利用秸秆的生态体系。依靠纤维素水解菌的作用，食草动物能获得750mg COD/（L·h）的能量。这部分能量主要以乙酸的形式被吸收[79-81]，接种瘤胃厌氧发酵（RUDAD）技术常用于秸秆水解强化研究[82]，RUDAD两相发酵工艺正是利用瘤胃水解产酸菌和甲烷菌在生理特性、倍增周期等方面的差异，调控发酵参数来实现水解相和产甲烷相的分离。如Hoover等[83]将接种瘤胃液的水解装置和UASB组成两相反应器［图1-2（a）］，水解相产生的VFAs进入UASB产甲烷，沼液回流到酸化相。HU等[84]在发酵香蒲时，先利用瘤胃水解底物，然后进入CSTR底层，固渣在下层排出，VFAs进入UASB上层实现固液分离［图1-2（b）］；当有机负荷为12.1g/L时，干物质降解率达到了62%。Zhang等[85]利用瘤胃液水解稻秸24h后，最终甲烷产率达到了285.1mL/g。

（a）两相反应装置[83]
1—水解相；2—30μm滤膜；3—产甲烷相；4—排出泵；5—产甲烷相流出液；6—搅拌装置；7—烧瓶；8—缓冲液；9—泵

（b）改造的UASB反应装置[84]
1—污泥层；2—机械搅拌；3—温度探头；4—排出管；5—固相流出管；6—挡板；7—蠕动泵；8—磁力搅拌器；9—加料罐；10—气囊；11—搅拌装置；12—沼气收集管；13—液相流出管；14—控制装置

图1-2　两相发酵工艺装置

由此可见，两相工艺中，水解相接种高效水解菌（如瘤胃微生物），通过提高固渣停留时间、减少VFAs的积累来提高效率；而在产甲烷相，由于甲烷菌倍增时间较产酸菌要长，通过提高水力停留时间、回流等措施来防止甲烷菌被“洗出”[4，86]。但在实际运行中，由于水解产酸和产甲烷相很难严格分开、运行成本高等问题，因此至今没有得到大规模应用。