1、前言
厌氧发酵技术在温和条件下利用厌氧微生物对生物质有机组分进行分解，产物有较高肥效，尤其是同步产生大量以高热值甲烷为主要成分的沼气可燃气并具有明显降低温室气体排放的潜力，被认为且由生命周期分析证实是最适宜、最有前景的生物质能源利用技术之一。
其中，固态厌氧发酵是指一定湿度的水不溶性固态基质在没有或几乎没有自由水存在下借助一种或多种厌氧微生物的一个生物反应过程。固态发酵与液态发酵的本质区别是以气相而非液相为连续相，具体表现在基质中游离水的多少。
因基质性质差异大，固体浓度分界点定义不一，以20%区分较典型。
相对液态厌氧发酵，固态厌氧发酵技术对原料适应性强，处理负荷大；设备投资较少、管理方便；过程能耗较低；产物后处理简单且基本无废水排放。随着高效前处理技术、特效菌种的研发以及过程控制技术的提高，传统过程存在的原料利用率不高、固废排放量大和工业放大可行性程度不高等问题逐步被克服，其优势和潜能越来越明显。迄今在欧洲，固态厌氧发酵处理总固废量的10%，达430万吨，超过液态发酵规模，产沼气超过167亿m3。可见，固态厌氧发酵技术在发展中国家推广应用潜力巨大。
2、技术原理
基于对厌氧发酵中微生物的研究，厌氧发酵过程理论认知分两阶段理论(即概括地分为产酸阶段和甲烷化阶段)、三阶段理论和四类群理论三个层次。因三阶段理论和四类群理论能较为全面地解释发酵过程，目前被广泛认可，前者将两阶段理论的产酸过程分为水解发酵阶段和产氢产乙酸阶段，突出发酵阶段产氢产乙酸菌的作用，其分解近40%的挥发性脂肪酸转化成乙酸及H2；后者进一步强调同型产乙酸菌的作用，其在产酸过程中利用生成的H2还原约12%的CO2为乙酸。
工程上出于成本控制和过程调控困难等方面考虑，通常仍简单划分为生化条件差异显着的水解酸化和甲烷化两个阶段，至多使用两个反应器(水解反应器和甲烷化反应器)。发酵基质(复杂大分子、不溶性有机物)在细菌胞外酶作用下转化为小分子、溶解性有机物(主要是高级脂肪酸，还包括低糖、氨基酸等)这一水解过程通常显着影响发酵全过程，在基础研究和工程应用中都备受关注。
3、影响因素
3.1基质可生化降解性及微生物营养
基质可生化降解性对沼气产量影响很大。数据显示，因废弃物组分差导致发酵过程产气量相差可达65%，工业规模也达40%。总固体含量(TS)、湿度及营养对发酵效果的具体影响见表1。【表1】
改善基质营养、显着提高可生化性特别是调节基质碳氮比(C/N)的一个重要且有效的方式是实施混合发酵通过两种或多种固态基质的混合，可实现基质营养成分的互补，同时中和、均化不良特别是有毒有害的组分，大大优化微生物生长繁殖环境。一般认为，污水处理场的污泥、禽畜粪便等都是重要的混合发酵原料。此外，混合发酵在大中型固态厌氧发酵启动方面也具有独特优势--可显着增大微生物群落、大大缩短启动时间并优化发酵过程。
3.2温度、pH及氧化还原电位
温度、pH和氧化还原电位对氧发酵过程的影响见表2。产甲烷菌对生存环境的要求远比水解酸化菌严格，因此单个反应器内的发酵条件由甲烷化阶段控制。产甲烷菌都对pH非常敏感，尽管发酵过程存在一定的pH自我调控能力，即基质有机氮元素氨化生成的氨水可显着缓解水解酸化阶段所产有机酸的积累(且形成铵离子比自由氨对厌氧发酵过程的抑制作用小)，发酵过程特别在后期通常需添加缓冲液调控pH。若发酵环境中氧化还原电位企高，绝大多数产甲烷菌的正常生长和代谢活动也将被抑制，造成发酵系统酸度增加，pH显着降低，进而伤害菌群，如此恶性循环可直至系统失败。
【表2】
3.3接种
理想的接种物应包含大块的固体物质和完成分解的、营养贫瘠的厌氧发酵底物，并且在厌氧发酵底物中须含有丰富的产甲烷细菌，且一般菌种添加比例不低于20%，若能达到30%及以上，则有利于发酵启动、提高产气速率和发酵早期沼气中甲烷含量。
3.4中间物抑制
固态发酵过程涉及多种微生物群落，需严格控制其生长环境特别是具有抑制和毒害作用的成分。
氨的各种形态对固态发酵过程的影响一直是研究的重点之一。游离氨能缓冲酸化的环境，但浓度过高(如超过1700mg×L-1)对发酵过程的抑制作用十分明显。Sterling等发现较高的游离氨浓度还影响到氢气的生成和挥发性固体的去除，降低生物气生成速率，减少气体总产量，而且游离氨浓度还决定了未驯化的厌氧发酵系统启动阶段的停滞期。Sawayama等发现，铵离子也会导致甲烷化活性显着降低，当浓度达6000mg×L-1时甚至完全阻碍甲烷的生成。游离氨和铵离子存在电离平衡，二者比例受pH影响，由于甲烷化阶段大量消耗有机酸，容易导致pH上升，自由氨浓度增大。缓解自由氨浓度激增通常通过添加缓冲液中水或加水稀释发酵液来实现，但最为便宜的方法是提高进料的C/N值。
水解酸化产生的挥发性脂肪酸(VFA)是评价水解酸化和产甲烷是否平衡的重要指标。VFA产生速率比甲烷产生速率快，容易积累而抑制产甲烷过程。一般说来，VFA浓度在100~200mg×L-1时即需严格监控，尤其对可溶性有机物含量高的基质，而浓度达11000~13000mg×L-1时厌氧发酵即完全停止。其中，乙酸是有机酸甲烷化过程的最重要中间产物，但其浓度过高同样对微生物生长起抑制作用；丁酸也有相似的作用。通常，产甲烷菌对乙酸和丁酸的承受浓度在10000mg×L-1以上，但Kim等[18]
发现乙酸超过5000mg×L-1、丁酸超过3000mg×L-1时就显现出对甲烷菌生长的抑制作用。主要由脂肪转化而来的丙酸毒性最强且难以转化为乙酸，浓度超过1000mg×L-1即明显阻抑发酵过程。
适量的无机盐是微生物生长所必须的且一定程度缓解铵离子的抑制作用，但含量过高会也抑制产甲烷菌的活性，如Na+的浓度超过5000mg×L-1的时候，甲烷产量逐渐降低。此外，含硫无机物(SO42-、SO32-)过多时，脱硫弧菌与甲烷细菌形成对基质的竞争，且产生H2S毒害整个发酵系统。
3.5传质传热与过程强化
固态发酵过程中，待传递的营养物质、酶、微生物和产物等之间相对不动，存在温度梯度和物质浓度梯度，不仅会影响到菌体的生长和代谢，也影响反应器的性能以及设计要求。
水在固态发酵过程中通常发挥着特殊的桥梁和介质的作用，固态物质和气态物质都要溶解于水才能利用。水分本身在不断地被消耗和产生，并在反应器的固态和气态之间进行传递。固态发酵反应器的控制系统最关键的就是控制温度和底物的水含量，以有利于菌种最佳生长和产物形成。气体的扩散(水解酸化时生成的H2、CO2等向物料层外扩散、同型乙酸化/氢甲烷化时H2、CO2向菌体扩散)速率是由物料层的传质特性决定的，菌体在固体颗粒表面的生长过程中改变了物料层的多孔性，使物料层发生了收缩，影响气体的扩散速率。一般认为，气体传质限速步骤是从气-液界面进入到湿菌体层后在水膜中的扩散，水膜的厚度和气-液界面面积是固态发酵气体传递的关键参数。
传热与传质不可分割，一方面微生物需要适宜的生长温度；另一方面伴随微生物生长，会产生大量的热，由于固态发酵传热效率差，通常会导致温度急剧上升乃至真菌死亡。如果产生的热不能及时散去，温度也会影响孢子的发芽、生长和产物产率。传热困难使发酵体系很难维持在最佳温度，这是固态发酵反应器设计与放大的关键和难点。
最常见的传热和传质强化方法是搅拌。充分搅拌可使物料、微生物群落混合均匀，避免局部酸化，使物料与微生物接触良好，并有利于沼气逸出，进而加快底物分解；但由于厌氧微生物代谢较慢，搅拌过于强烈则会影响微生物的生长和絮凝作用，降低发酵能力。通常，由于基质发酵环境变化较大，小实验过程中搅拌的影响对规模化过程的参考意义不大，因此，在实际应用中通常需要借助较好的控制技术来实现最优的搅拌效果。Vavilin和Hamelers试验研究常温发酵中搅拌强度对发酵过程的影响时发现，当有机负荷偏高时搅拌强度加大会导致反应器运行失败，低强度搅拌是发酵过程顺利完成的关键。因此，一个连续运转的发酵反应器在启动阶段应逐步增大有机负荷，以保障系统正常启动。一般来说，当产甲烷阶段是限制性反应时高强度搅拌并不合适，因为产甲烷菌在这种快速水解酸化的环境中很难适应；如果水解阶段为限制性反应，此时反应器内底物浓度较大，高强度搅拌对水解起促进作用。工程上，更需要综合考虑搅拌所带来的积极和负面影响，才能确定最优的搅拌方式和强度。此外，优化反应器设计和添加内构件可强化反应过程，如借助气体回流(如valorga工艺)解决反应器中存在的气体和热量梯度问题，可有效地提高气体传递效率；对于填充床式固态发酵反应器，在反应器内部添置隔板使气体回流，可增加气体的停留时间进而达到提高气体传质效率的目的。此外，通过加入气体载体、调节水分含量等也可实现对气体透过液膜的传递强化。
4、预处理技术
预处理基质能显着提高发酵速率及产气量，对大规模化学工业过程尤其重要。常见预处理方法的分类及效果总结在表3中，其作用主要是改变基质的物理结构、形状，改善其可生化性和营养，进而全面改善发酵反应系统。由于固态厌氧发酵系统基质以分离的固态颗粒形式存在，水解通常是反应的限速步骤，预处理的效果主要体现在水解酸化阶段。一般地，固态厌氧发酵基质经过有效的预处理后，发酵过程历时缩短主要源于水解酸化阶段的加速。
5、工艺研发与工程应用现状
5.1工艺分类及典型工艺比较
相对较成熟、在国外工程上应用相对广泛的固态厌氧发酵工艺特征及工程应用状况见表4。
A，Kompogas工艺仍处于发展阶段的Kompogas工艺由瑞士KompogasAG公司开发，在瑞士、日本很常受重视，多应用到较大规模(10kt×a-1以上)的工程。该工艺(流程见图1(a))一般采用水平柱塞流反应器，圆柱反应器布置内部转轴来混匀物料并协助脱气。常预制16.5和27.6kt×a-1两种规模反应器。有机垃圾预处理要求：物料TS30%~45%，VS55%~75%，粒径＜40mm，pH4.5~7.0，凯氏氮约4g×kg-1、C/N为18左右。为便于物料水平流动，一般通过循环过程水或腐熟产物使反应器内发酵基质含水率72%~75%，同时回流发酵液过程完成接种并防止反应器前端过度酸化。通常发酵历时15~20d，产气率0.11~0.13m3×t-1物料，迄今未见降解数据报道。产物一般经脱水后压饼、堆肥，脱出的水用于加湿进料或作液态肥料。
B，Valorga工艺Valorga工艺由法国公司开发，是动态过程中已经规模化最大的一种工艺，目前已相对成熟。该工艺(流程见图1(b))采用竖直的圆柱体反应器，过圆柱体中心设2/3内墙，废物绕内墙迁移。该工艺采用渗滤液部分回流，通过鼓风设备循环生成的气体到反应器底部鼓泡，悬浮、混合物料，具有较好的经济与环境效应。通常要求待处理有机废弃物固含率25%~35%，发酵历时22~28d，产气量80~180Nm3×t-1物料，发酵后的固体通常再进行10~21d好氧堆肥实现稳定化。针对城市生活垃圾厌氧消化中存在的搅拌难、固体含量高抑制反应活性等特点，上世纪80年代后期Valorga工艺面向全部种类的垃圾发展，工程上中温过程(如法国Amien垃圾处理厂)或高温过程(如德国Freiburg垃圾处理厂)平均产气量都约为110Nm3×t-1垃圾。
C，Dranco(Dry Anaerobic Composting)工艺由比利时公司开发的Dranco工艺也被认为是一项较成熟的工艺。该工艺(流程见图1(c))的主要单元是下端接锥体的竖直圆柱体反应器，待发酵物料和由锥体底部高倍回流的发酵产物在圆柱体顶部进入反应器，同时完成混合、接种，发酵过程中物料在重力作用下缓慢下行，属于静态反应器。要求进料的固体浓度在15%~40%，负荷10kgCOD×m-3×d-1，停留时间15~30d，生物气产量100~200m3×t-1物料。
在比利时Ghent建有处理能力700t×a-1的中试厂作为Dranco工艺的技术示范，但这样小规模的工程在经济上不盈利。
D，Linde-KCA/BRV工艺BRV工艺最早由瑞士一家环保公司研发并成功应用，由于该工艺技术先进、生态环保，具有较大的市场潜力，符合欧洲对有机垃圾处理日益严格的环保标准，后由德国Linde公司收购、整合，并经小试和中试研究加以完善从而确保其技术适用性。BRV工艺(流程见图1(d))要求对待处理的有机垃圾进行分拣、破碎等预处理，之后与部分已经消化的物料混合，通过进料系统送入发酵反应器内。反应器内的物料可通过气体或机械搅拌等方式进行搅拌，物料经过25~30d的厌氧发酵后，由出料系统排出，再由脱水系统进行离心脱水。发酵过程中大约有60%左右的有机物被转化为生物气。BRV卧式厌氧发酵工艺成为德国目前最新的厌氧发酵工艺，已经在欧洲多个垃圾处理厂实施，并取得了良好的运行效果。因Linde公司保密，BRV工艺相关运行数据报道很少。BRV工艺应用的一个典型的实例是：经预处理减小颗粒尺寸和去除杂质后，源分离的有机市政固废调整到TS34%，经逆流微好氧处理后，有机物部分被水解，2%被分解，少量有机物的损失可由更高程度的液化来弥补，而且液化过程比厌氧时更快；物料停留2d后，泵入混凝土预制的方形水平柱塞流甲烷化反应器中，由几个横向浆完成混合，底部安装可移动式底板确保物料水平推进并最终传输至卸料端，传输沉积物到卸料端，同时系统使用了地板刷去除了其上的较重物料，并配合浆的搅拌避免了反应器表面形成硬化层。在55℃发酵25d，TS降解22%。除能发酵较高固含量的物料、进而减小反应器尺寸外，该系统借助柱塞流实现了完全卫生化而无需巴氏消毒。
Linde-KCA工艺由Linde公司研发，包括一段式和两段式两种工艺。其中，用于固态厌氧发酵的Linde-KCA两段工艺流程与BRV基本一致，通常将微好氧预处理单独作为工艺的第一段，强化水解酸化，因而也减少了第二段的负荷，因此，第二段操作相对简化。BRV工艺和Linde-KCA工艺均要求发酵反应器中的物质含固率在25%~35%，非常适合日处理三百吨以下的中小型厌氧处理工程。
E，Biopercolat工艺发展于上世纪九十年代的Biopercolat工艺是一个典型的干-湿两段固态发酵过程。该工艺主要用于市政固废或灰色废弃物，近期实验显示也可同样高效处理绿色废弃物。经预处理的高固含基质(15kgVS×m-3×d-1)首先进入液化/水解渗滤器中水解酸化，在渗滤器中，回流过程水使得水解酸化液连续渗透，以加速液化；之后COD高达100g×L-1的水解酸化液快速引入厌氧的柱塞流过滤器或密相床发酵器(如UASB)进行甲烷化。第一阶段的好氧分离优化和第二阶段(厌氧发酵)的微生物吸附在支撑材料上强化生长使得基质在一周内完成所有的发酵过程，其中第二阶段停留时间可缩短至两天甚至更短，都远比一段发酵和液态两段发酵耗时短，故技术上十分创新。另外，为了防止固态渗滤过程堵塞，渗滤过程在一个大的处于慢速旋转的筛鼓上完成；在甲烷化过滤器中，水平柱塞流采用脉动的方式，以防止支撑材料堵塞，提高基质与生物膜之间的传质过程，利于产气。作为唯一一个被商业化的两段固态发酵工艺，Biopercolat工艺也存在明显的不足，主要是厌氧发酵阶段只处理液态组分，未渗透的固态被分离出去，残渣量较大，同时导致其气体产率稍低，相同基质时甲烷产量大致为其它工艺的70%~80%。
F，Biocel工艺Biocel工艺(流程见图2(e))发展于上世纪八九十年代，目前还处于发展阶段。研发早期的目标是发酵处理高含固城市固废，既能在简化原料处理、避免混合需要的同时取得较高负荷率和转化率。作为单段间歇式工艺，Biocel工艺类似容器内的土地填埋，因循环渗滤液和较适宜的温度，转化率和产气量较土地填埋提高50%~100%。Biocel工艺已完成5m3规模的中试，用于深入研究其启动、加热和发酵液循环的效果。
G，Bekon工艺Bekon工艺是一种以产沼气为目标的车库型固态发酵工艺，是德国上世纪九十年代大力投资开发的新型间歇式固态发酵技术的典型代表，通过技术和装备中试后，于2002年生产出产业化装备，投入实际运行。该工艺其接种与发酵方式与Biocel相同，使用安全性更高、反应器结构更紧促，可发酵固含量高达50%的农业废弃物，中试数据显示产气量达100~180m3×t-1玉米青贮料，能与常规液态发酵过程相比，且低硫(约200ppm，因此无需脱出设备)、高甲烷含量(60%以上)。该工艺典型的优势在于自动控制程度高，如发酵温度和渗滤液的温度由反应器内置地热系统和渗滤液贮存箱中的热交换器来自动调控，根据监控数据添加pH稳定剂和其它材料来优化过程。此外，过程本身及机械设备成本及运行费用较低；无需搅拌、泵输送，因而能耗低，一般不到自身产能的10%；该工艺过程简单，对物料适应性强，过程水耗低，较适合水资源匮乏的地区。目前还没有更多实际工程运行数据的报道。
综上，尽管动态和静态两种反应器工程应用都广泛采用，且前者需要设备少，操作方便，但当前较大规模的发酵过程倾向于采用强化了传热和传质而效率更高、易实现流程控制、设备结构较紧凑的动态反应器，如Kompogas(物料在转鼓内翻转、水平推移)和Valorga(循环生成的气体悬浮、搅拌物料)等工艺；静态反应器不如动态反应器受重视的另外一个原因是通常需要特殊措施来强化发酵过程以提高效率，如Dranco(物料从上部输入，缓慢向下)借助循环多倍于待处理物料的发酵腐熟产物来接种、混合物料。两段工艺可有效地避免酸化过程中有机酸累积对甲烷化细菌的抑制作用，缩短发酵时间、提高气体生成率和甲烷浓度，且便于水解酸化过程强化，反应器有机负荷率可显着提高，但工艺研发并不倾向于采用，特别是可工程化较大规模(100kt×a-1以上)的工艺，如Dranco工艺、Kompogas工艺和Valorga工艺全部采用单段操作模式，这是因为，两段工艺对控制技术要求过高，特别是规模化工程应用时大宗物料在装置间难以实现很好的转移。相对而言，更为重视发酵效率的LindeKCA/BRV工艺才采用两段模式。因间歇进料工艺失去对反应器内部发酵过程的控制，微生物生长环境随基质的降解发生变化，容易出现停滞期甚至严重酸化而导致过程失败，且基质水分过少时，物料加热难度较大，还可能出现很少或无渗滤液析出而抑制甲烷生产，产品气性质不均一、品质难以保证，因而工艺研发以连续进料方式为主。高温发酵和低温发酵划分的理论基础是存在嗜温(30~38℃)和嗜热(50~55℃)两类高效甲烷菌，中温过程启动快，系统稳定，但速度慢，产气率低；高温过程效率高，产气量稍大，但自身能耗需求大，运行复杂。工程上两种发酵温度具有采用，但中温发酵似乎过程更为普遍。
5.2典型工艺工程实例表5比较了几家典型的大型工程
从Lelystad垃圾处理厂运行情况来看，作为一种典型的单段间歇式过程，Biocel工艺确实简化了对原料的处理，但也牺牲了对生化过程的控制，总体产气率(约仅70m3×t-1)比其它连续进料方式的工艺低很多。尽管比连续过程投资少40%，新建工程均未再采用Biocel工艺，可能由于缺少政府支持，尤其是土地使用上的限制(其占地是连续过程的10倍)，所以开发商更愿意投资高负荷、高产率的工艺。有美国学者认为，在类似美国国内土地宽裕的国家，该工艺还有广阔的应用前景，更重要的是如何节省投资运行成本。比较而言，具有相似反应器结构、同样采用单段操作方式的Dranco工艺(Brecht垃圾处理厂)因采用连续进料、高温强化发酵而实现系统稳定运行、可承受更高的处理负荷并得到较高产气量，更受开发商青睐。除高温发酵外，通过强化物料混合的中温发酵过程，也能取得较高的沼气产量，如Tilburg处理厂采用Valorga工艺。尽管这里未列出采用Kompogas工艺的工程实例，但其设置专用搅拌措施就有此目的，不同于Valorga(中温)工艺的是，它采用卧式旋转的反应器。当然，间歇式进料过程建设和运行成本低、操作简便的优势也十分显着，适用于经济技术条件较差或要求不高的地区。
5.3国外新工艺研发
A，序批式厌氧堆肥(SEBAC)SEBAC工艺(见图2(b))发展于上世纪90年代，是一种针对市政固废有机组分(OFMSW)和其它高含固生物质废弃物甲烷化和堆肥处理的新颖工艺，其目的是在维持高转化率和系统稳定性的同时无需高含固基质混合和简化前处理。该工艺目前处于发展和商业化推进阶段。其系统特点是由2~3个间歇式反应器构成，并有渗滤液循环系统，不同于普通间歇式过程(见图2(a))，渗滤液在不同反应器之间传输。渗滤液循环和序批式状态是SEBAC的两个重要的因素。尽管理论上这种交互物完成了物料的发酵过程和接种、营养供应、湿度及缓冲调节，但实际中降解动力学未被很好。从小试和中试结果看，有机负荷过高时SEBAC过程启动困难，一般需要添加膨胀剂以防物料压缩并便于渗滤液穿过料层；即便启动顺利，通常也需要50~60d才能获得生物气，即使借助足够多的膨胀剂强化过程，产气量也只达到连续高温发酵过程的80%~90%。产气量受原料影响大，过程重复性差。
但随着研究的深入和过程的改进，SEBAC工艺效率逐渐得到提高，如Warith等提出含水率的增加和渗滤液与物料的良好接触对物料的稳定过程有积极作用。特别指出，改进的SEBAC过程可作为大型厌氧发酵工程的启动方式。
B，组合式间歇上流厌氧污泥床(HB-UASB)HB-UASB属于典型的两段间歇式过程(见图2(c))。每组反应器由一个水解酸化反应器和一个UASB构成，类似于第二阶段使用UASB的biopercolat工艺，但第一阶段采用间歇式运行，可处理较高固体含量的基质。与Biocel单段过程相比，两段过程预期能进一步提高生物气的产率。目前还没有更详细的实验数据报道。
C，定相固态厌氧发酵器(APS)APS工艺是一种一对多的两段序批式过程，第一段在多个高有机负荷水解酸化反应器中进行，第二段在唯一一个低负荷混合生物膜反应器中完成，因而避免了普通序批式过程使用滤床所带来的问题。物料被定向装载到第一个水解酸化反应器内，渗滤液逐级经过其它水解酸化反应器，这些水解酸化反应器内均接受由唯一的甲烷化反应器(即混合生物膜反应器)循环来的液体接种和促进水解，而水解酸化液分别进入甲烷化反应器进行生物气化--既可以处理含无机物较多的高含固物料、简化物料的前处理，又防止了固体对甲烷化反应器的污染。实验数据显示，ASP工艺能处理高木质纤维素含量的基质，如秸秆，可取得了40%~60%的固体降解率和0.4~0.5m3×kg-1VS的生物气产率。中试实验结果目前还未见报道。
6、工艺研发及工程应用趋势
大多工程选择中温发酵，主要的原因是，工程实践中，中温发酵过程能耗较低、运行和维护较简单、系统容易启动并达到稳定。另外一个重要的原因是，高温发酵目前实际效果不佳，如处理能力较低、甲烷产气量较中温发酵仅提高7％，甚至处理能力低于中温发酵。但高温发酵仍具有中温过程无法比拟的优点，如生化过程速度显着加快，发酵耗时明显较短，相应地，相同的处理能力下反应器容积大大缩小，占地面积小、建设费用低；此外，高温对于有机废物的降解和病原菌的杀灭更有效，尤其对于厌氧发酵残余物须用于土地处理的情况，必须经高温下处理。高温发酵越来越引起研究者们的关注，尤其是随着世界各国对废物处理和排放卫生指标的提高，如在欧洲，对于大规模厌氧发酵处理厂的混合废物和城市生活垃圾中的有机部分，高温厌氧发酵已被认为是非常有潜力的技术，对其研究和试用逐渐兴起。
针对高温发酵实践中往往出现比中温消化更低的处理能力，研究发现，主要是由于高温条件下，游离氨浓度比中温条件下高，毒性抑制更为显着。这些新的研究成果以及现代控制技术，将使高温发酵的优势显现出来。
尽管很多研究宣称两段过程比单段过程有更快、更稳定的处理效果，但实际工程中通常也未表现出这些优势，而且启动较困难、残余物量大，加之更高的投资成本和更复杂的运行操作，并不受到投资运行商亲睐；相反，自上世纪九十年代后单段工艺越来越展示其发展潜力并迅速占住较大的市场份额。目前在欧洲，固态发酵中单段发酵产能超过84%。可预见的未来，单段工艺仍然是工艺发展的主体。但新工艺的研发成果及工程实践表明，在过程实现较好调控和存在原料强化处理的条件下，两阶段工艺可高效处理高有机含量的生物质废弃物且生态环境效益显着(如BRV工艺和ASP工艺)，仍有特定的发展空间。
近些年来，包括气体气味控制技术在内的一些关键技术相继被攻克，间歇进料高效发酵工艺的研发力度有所加强，并预期能与连续进料工艺形成竞争。其中，序批式进料发酵过程也得到快速发展(如SEBAC)。一般来说，间歇式较多段过程简单，但也缺少对各阶段的灵活控制，因此系统不稳定、产气不均匀，间歇式有与多段联合的趋势，即间歇式/序批式两段工艺，其中包括快速发展的Biopercolat工艺和正处于研发中的HB-UASB工艺。
在我国，固态厌氧发酵技术研发工作有一定的进展，但在工艺和设备开发进展缓慢，且未见中试成功的报道，远未到系统集成、形成工艺阶段，距工程应用有相当距离。但我国在政策扶持下，大型固态厌氧发酵建设发展迅速，已经完成建设和正在建设数座的以城市固废为主要对象的垃圾综合处理厂。其中，上海普陀垃圾综合处理厂规模是280kt×a-1(约800t×a-1)，工程总投资约1.6亿元，普通生活垃圾与餐饮垃圾经过简单分选后，采用高温(55℃)Volorga工艺发酵，停留时间20d，经过处理后日均约产生残渣96.9t、废水360t，预计日产生物沼气70535Nm3，年产电111MW×h，除自用电外，可供上网发电量0.46亿度×a-1；北京董村垃圾综合处理厂规模约230kt×a-1，工程总投资1.84亿元，采用固(Volorga工艺)-液(Linde-KCA液态工艺)联合厌氧发酵工艺；上海金山生活垃圾综合处理厂目前仅知道采用BRV工艺。遗憾的是，因未掌握核心技术，加上无管理经验，这几家处理厂全部都委托国外企业建设和运营。
7、结论与展望
固态厌氧发酵在生物质及其废弃物处理和能源化方面优势显着，是一项有发展潜力的技术。发酵过程受包括基质营养、温度、pH、氧化还原电位、接种、抑制物等诸多因素的影响。过程强化和原料预处理严重影响发酵效率。尽管一些固态厌氧发酵技术工艺被认为已逐渐成熟并得到成功应用，但都缺少基于生化反应的高效模型支撑，这一定程度制约了新高效工艺的开发。当前成熟的工艺以常温、单段过程为主，且常作为大型工程的优选项，但高温、两段发酵过程的优势逐渐显现出来，业已成为研究的热点。
我国固态厌氧发酵技术研发成果有限，工程建设和运行以对国外公司招标和委托管理方式为主，加之缺乏管理经验，导致该技术难以在我国广泛实施。未来研发工作重点不限于但包括：1)大力推进固态发酵过程动力学及模拟研发工作，尤其是研发适用于复杂组分和混合发酵基质的高效模型；2)形成固态厌氧发酵过程主要参数检测、优化并自动化控制技术，从而全面提高发酵效率；3)积极开展特种、高效工程菌的培育。
在引进国外先进技术的基础上，研发适合于我国可利用的生物质及废弃物的固态厌氧发酵技术及相应设备是我国追赶国外先进技术的便捷之路，即基于我国城市固废特性(主要由于饮食习惯差异造成)和广大农村地区木质纤维素生物质资源丰富但分散的特点，研发适应性强的发酵技术(包括预处理技术)并形成小型特种设备。综合来看，固态厌氧发酵能源化技术在我国还处于初期阶段，但发展潜力巨大，未来实现生物气规模生产乃至热电联产、燃料化工是必经之路。
