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1.2.3 高固态发酵工艺
一般来讲,厌氧发酵根据含固率的不同,分为湿式(L-AD),半固态(S-AD)和固态(SS-AD),分别以含固率10%、10%~20%和20%以上来划分[92]。高固态发酵避免了传统湿式发酵存在的结壳和分层现象,而且容积产气率高,更适合秸秆厌氧发酵[93]。
高含固率会影响沼液的流变状态,使沼液黏性增加,传质速度降低,导致产气效率下降。如AbbassiI-Guendouz等[94]在考察硬纸板在不同含固率下的甲烷潜力时,发现超过阈值30%时,二氧化碳、氢气等代谢产物在液相中积累,互营氧化受到抑制。如Liotta等[95]在分析稻秸厌氧发酵VFAs的作用时,发现在含固率为4.8%时,其浓度只有180mg/kg;含固率提高到23.4%时,VFAs浓度为2110mg/kg,最终导致了甲烷产率的降低。
研究者常利用全接种[96]、共发酵[97,98]、沼液回流[99]等措施来增加功能菌群的数量和活性,从而提高发酵效率。如Forster-Carneiro等[96]在发酵食品废弃物时,采用全接种、半连续进料的方式加速厌氧发酵。而Xu和Li[97]在含固率为22%时,将狗粮和玉米秸秆按1∶1共发酵,甲烷产率提高了129倍。Muaaoline[98]在含固率为20%时,将造纸厂污泥和稻秸按2∶1比例共发酵,甲烷产率提高了691倍。而Li等[99]在含固率为19.35%体系中,利用沼液回流来解决体系“酸中毒”问题,产气效率得到了提高。