本發(fā)明涉及一種用于通過原料(即生物質(zhì)或有機(jī)材料)的兩相(兩階段)厭氧消化(AD)來優(yōu)化生物氣產(chǎn)生的組合方法(工藝)。本發(fā)明的組合方法具體涉及測定原料中和該方法的各個步驟中的氮狀態(tài)(碳氮摩爾比，即C/N摩爾比或者總氮或總氨氮含量)。更具體地，本發(fā)明提供了利用氮狀態(tài)控制來優(yōu)化AD方法和將各種不同的原料材料引入方法中。本發(fā)明的方法采用在AD的第一階段期間氨化微生物，用于氮礦化，和在開始AD的第二階段之前的氮和磷酸鹽的去除和回收步驟，以生產(chǎn)生物氣。此外，本發(fā)明的方法有利于將生物氣化廢水再循環(huán)到工藝中。發(fā)明背景生物質(zhì)的厭氧消化發(fā)生在四個階段：(1)水解、(2)酸化(acidogenesis)、(3)乙酸生成(acetogenesis)以及(4)甲烷生成(methanogenesis)。在水解期間，聚合有機(jī)分子被分解成較小的單元，例如低聚物、二聚物和單體。根據(jù)起始材料，這些較小的單元是糖、氨基酸或脂肪酸。然后，酸化將這些分子轉(zhuǎn)化為短鏈羧酸類、酮類、醇類、氫氣和二氧化碳。在乙酸生成期間，短鏈羧酸和醇轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳，然后它們在甲烷生成期間轉(zhuǎn)化為甲烷。厭氧消化的不同階段由不同組的微生物進(jìn)行。這些組一起形成能夠協(xié)同消化生物質(zhì)的微生物菌群。該菌群由(a)水解微生物和產(chǎn)酸菌(acidogens)、(b)產(chǎn)乙酸菌以及(c)產(chǎn)甲烷菌組成。由于厭氧消化而產(chǎn)生的生物氣是甲烷(50-75％)和二氧化碳(25-50％)以及微量的其他組分如硫化氫、氮氣、氫氣、水分、氧氣、氨氣和硅氧烷的混合物。有機(jī)材料中的氮的主要部分存在于構(gòu)成原料材料或生物質(zhì)的有機(jī)物質(zhì)的蛋白質(zhì)組分的氨基酸中。在厭氧消化的過程中，蛋白水解和蛋白質(zhì)發(fā)酵細(xì)菌主要是梭菌屬(genusClostridium)的成員(Ramsay&Pullammanappallil，2001)。之前已經(jīng)在共同擁有的美國公開專利申請US2014/0271438A1和共同擁有的美國專利號8,691,551中報道了，混合細(xì)菌種群S1(根據(jù)布達(dá)佩斯條約的條款保藏，CBS登錄號136063)在通過厭氧水解和酸解降解各種有機(jī)材料中的含氮化合物方面是高度活躍的。同時，微生物活動在稱為氨化或氮礦化的過程中將有機(jī)氮釋放為無機(jī)氨/銨。常用作原料材料的有機(jī)材料中的其他氮源是存在于例如動物尿和糞便中的尿素、尿酸和氨。此外，諸如廢水污泥的材料可以在諸如核酸的化合物中含有大量的氮。植物生物質(zhì)和青貯飼料可以富含硝酸鹽，以及其他形式的氮。通常用于本發(fā)明的方法的原料材料包括但不限于動物副產(chǎn)物、魚副產(chǎn)物、屠宰場廢物、城市固體廢物的一種或多種有機(jī)部分、能源作物、食品廢料、污水污泥、食品工業(yè)副產(chǎn)物以及作物培養(yǎng)副產(chǎn)物。如本文所使用的“原料”或“原料材料”被限定為供應(yīng)到加工廠的原材料。從富氮原料材料(例如有機(jī)廢物材料)產(chǎn)生生物氣伴隨著蛋白質(zhì)氮的作為氨的釋放。高氨濃度抑制了參與厭氧消化的微生物的活性，這又導(dǎo)致短鏈羧酸即揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的積聚。最近研究表明，這種高氨濃度導(dǎo)致甲基輔酶M還原酶的表達(dá)減少，該酶催化甲烷生成的末端甲烷形成反應(yīng)(張等人，2014)。這導(dǎo)致由于乙酸分解產(chǎn)甲烷菌對乙酸的使用減少，以及隨后由VFA積聚引起的pH下降。條件的這種變化可以轉(zhuǎn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)水解、酸化和氨化的停止，如在產(chǎn)孢梭狀芽孢桿菌(Clostridiumsporogenes)MD1的培養(yǎng)中所展示的，其中陰離子VFA的流入引起胞內(nèi)谷氨酸(即氨基酸代謝的脫氨和轉(zhuǎn)氨反應(yīng)中氨基的通用載體)的流出(Flythe&Russell，2006)。此外，由高氨水平引起的終產(chǎn)物抑制被認(rèn)為會減慢產(chǎn)生氨的代謝過程。因此，過量的氨在許多水平上影響厭氧消化過程，降低了其自身產(chǎn)生以及生物氣產(chǎn)生二者的效率?？刂圃系奶嫉?C/N)摩爾比可以降低AD期間的氨負(fù)荷。C/N摩爾比表示每個氮原子上存在的碳原子數(shù)。C/N比也可以計算并表示為碳和氮的質(zhì)量比。C/N摩爾比可以通過由C/N質(zhì)量比乘以1.17而導(dǎo)出，即C/N摩爾比比C/N質(zhì)量比高17％。該計算基于碳和氮原子的摩爾質(zhì)量的差異。示出用于C/N比計算的碳或氮的替代方式包括表示碳的量的化學(xué)需氧量(COD)或總有機(jī)碳(TOC)以及表示氮的量的總凱氏(Kjeldahl)氮(TKN)或總氮(根據(jù)測定方法表示總元素氮或硝酸鹽NO3ˉ、亞硝酸鹽NO2ˉ、有機(jī)氮和氨氮的總和)。在生物氣產(chǎn)生中，由于微生物質(zhì)的用量降低，高的C/N比(即缺少氮)導(dǎo)致碳的低效利用，而低C/N比(即氮過剩)可導(dǎo)致對甲烷生成的氨抑制。通過富氮和貧氮原料材料的共消化可以生成最佳C/N比。然而，例如，在富氮的動物屠宰副產(chǎn)物的生物氣化中，通過與富碳原料共消化而增加COD沒有提高由富氮原料進(jìn)行的甲烷產(chǎn)量(Resch等人，2011)。為降低生物氣化期間的氨濃度，已經(jīng)提出了伴有通過汽提的氮回收的用于富氮原料材料的兩相AD(美國專利號6,716,351B2)。然而，該'351專利的方法將其范圍局限于富氮原料材料。具有分開的產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的兩相AD先前已經(jīng)在專利文獻(xiàn)中有描述。例如，US4,022,665公開了一種兩相系統(tǒng)，其中提出了將生物氣化廢水再循環(huán)回至第一階段水解/酸化作為一種選擇。專利文獻(xiàn)US7,309,435B2、EP1,181,252B1以及EP2,220,004B1描述了兩相系統(tǒng)，其中分別控制氧化還原電位、VFA濃度或pH用于提高工藝效率。專利文獻(xiàn)US8,642,304B2公開了一種兩相系統(tǒng)，其中對兩個產(chǎn)甲烷反應(yīng)器之間的VFA濃度的控制改善了消化。這些文獻(xiàn)都沒有測定和描述用于進(jìn)行水解和酸化的微生物群落，描述營養(yǎng)物回收，涉及原料組成或共消化或單一消化的可能性，或采用氮狀態(tài)控制作為提高生物氣產(chǎn)量的方法。除了汽提之外的除氨方法也已經(jīng)在AD中使用了。專利申請EP2,039,775A2公開了一種兩相系統(tǒng)，其中用單種細(xì)菌菌株或細(xì)菌菌株的混合物進(jìn)行的氨發(fā)酵與通過攪拌發(fā)酵材料的氨作為氣態(tài)氨的去除的相關(guān)。氨或者損失到大氣中或者如此被回收用于氫氣產(chǎn)生，但是沒有以適于肥料用途的形式回收。此外，使用的條件、溫和的堿性pH8-8.5以及55-65℃的溫度不利于氨的揮發(fā)。專利申請EP2,614,890A1描述了一種單相方法，其中基于離子交換除氨。該方法需要用于離子交換樹脂再生的化學(xué)物質(zhì)，并且在施加到樹脂上之前需要小心地從沼渣(digestate，消化物)中除去固體物質(zhì)。專利申請WO2013038216A1公開了一種單相工藝，其中將表征的微生物群落用于高蛋白底物的AD。然而，與S1非常不同，群落由高達(dá)50％的假單胞菌等級的細(xì)菌以及S1中不存在的產(chǎn)甲烷古生菌組成。專利申請EP2,578,558A1公開了通過汽提從AD中回收氮，該汽提通過再循環(huán)所產(chǎn)生的生物氣來進(jìn)行。結(jié)果產(chǎn)生了無機(jī)銨鹽肥料和混合有機(jī)肥料。在汽提期間未使用升高的pH，這可能導(dǎo)致AD期間氨的低效汽提并引起氨抑制。專利US8,613,894B2描述了用于從具有不同加熱和通氣系統(tǒng)的厭氧消化器流出物中回收營養(yǎng)物的方法和系統(tǒng)。在該工藝中，在AD后，在升高的溫度和通風(fēng)的幫助下，在12-36小時期間除去溶解的氣體例如二氧化碳、甲烷和氨。所描述的工藝耗時，并且僅在一定程度上除去氨。專利EP0,970,922B1公開了一種用于通過液體和固體組分的膜分離而從生物氣反應(yīng)器中除去抑制性物質(zhì)如氨的方法。該方法的缺點是VFA也與氨一起從反應(yīng)器中洗出，降低了生物氣產(chǎn)率。專利EP1,320,388B1公開了一種通過固液分離和氨汽提從單相或兩相AD中回收營養(yǎng)物的工藝。廢水也是在工藝中再循環(huán)。該工藝沒有表征進(jìn)行有機(jī)氮向無機(jī)氮的轉(zhuǎn)化的微生物群落，并且沒有利用用于為AD提供最佳條件的氮狀態(tài)控制C/N比率。技術(shù)實現(xiàn)要素：本領(lǐng)域長期需要一種為上述問題提供綜合解決方案的方法(工藝)。廣義地，本發(fā)明的方法可以通過在第一反應(yīng)器(用于氨化)和第二反應(yīng)器(用于生物氣產(chǎn)生)中或僅在第二反應(yīng)器中發(fā)酵原料來進(jìn)行，這取決于原料和反應(yīng)器內(nèi)容物的氮含量是否在最佳范圍內(nèi)。本發(fā)明的方法在原料界面處提靈活性，使得可以在沒有延長適應(yīng)期的情況下處理一種或多種類型的原料材料。因此，在一種實施方式中，本發(fā)明提供一種用于優(yōu)化由一種或多種原料材料產(chǎn)生生物氣的方法，該生物氣產(chǎn)生至少在第二反應(yīng)器中進(jìn)行，該方法包括：(a)測定一種或多種原料材料中的揮發(fā)性固體(VS)中的總元素氮(N)含量或一種或多種原料材料中的碳氮(C/N)摩爾比，以及(b)測定第二反應(yīng)器的內(nèi)容物的總元素氮含量或總氨氮含量或C/N摩爾比，其中，當(dāng)原料材料的C/N摩爾比低于15或者原料材料的VS中的總元素氮含量高于40克N/千克VS時，原料材料是富氮的，其中，當(dāng)原料材料的C/N摩爾比高于15或者原料材料的揮發(fā)性固體中的總元素氮含量低于40克N/千克VS時，原料材料是富碳的，其中，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)容物中的C/N摩爾比在5.0和12之間，或者反應(yīng)器內(nèi)容物中的總氨氮的量在每升0.1和2.5克之間，或者反應(yīng)器內(nèi)容物中的總元素氮的量在每升0.3和2.8克之間時，第二反應(yīng)器中的氮狀態(tài)是最優(yōu)的，(c)當(dāng)步驟(a)或步驟(b)中的氮狀態(tài)測定表明原料是富氮的，或者第二反應(yīng)器具有低于最優(yōu)的C/N摩爾比或高于最優(yōu)的總氨含量或元素氮含量時，在第一反應(yīng)器中用至少一種氨化微生物物種處理富氮原料，以產(chǎn)生氨沼渣，其中，氨沼渣是源自第一反應(yīng)器的沼渣，其中原料已經(jīng)被氨化直到優(yōu)選地原料中超過50％的總元素氮轉(zhuǎn)化為氨，(d)將氨沼渣從第一反應(yīng)器遞送至除氮系統(tǒng)，(e)在除氮系統(tǒng)中處理氨沼渣以產(chǎn)生氨減少沼渣，其中，氨減少沼渣為已經(jīng)通過除氮系統(tǒng)以達(dá)到去除至少80％的氨氮的氨沼渣，(f)將氨減少沼渣從除氮系統(tǒng)遞送至第二反應(yīng)器；(g)當(dāng)步驟(a)中的氮狀態(tài)測定表明原料是富碳的時，將富碳原料直接遞送至第二反應(yīng)器；(h)當(dāng)步驟(b)中的氮狀態(tài)測定表明第二反應(yīng)器具有高于最優(yōu)的C/N摩爾比或低于最優(yōu)的總氨含量或元素氮含量時，將富氮原料直接遞送至第二反應(yīng)器；該方法還包括：(i)在第二反應(yīng)器中用至少一種產(chǎn)甲烷微生物物種由所遞送的原料產(chǎn)生生物氣，以及(j)在除氮后測定氨減少沼渣的氮狀態(tài)，并控制除氮系統(tǒng)的效率以及進(jìn)入第二反應(yīng)器的氨減少沼渣的流量。在某些實施方式中，所述至少一種氨化微生物物種是混合微生物種群或微生物群落。在某些實施方式中，所述至少一種產(chǎn)甲烷微生物物種是微生物群落。在本發(fā)明的方法的某些方面，氨化混合微生物種群是以CBS登錄號136063保藏的混合細(xì)菌種群S1。此外，當(dāng)?shù)诙磻?yīng)器的內(nèi)容物的C/N摩爾比高于最優(yōu)范圍，或者第二反應(yīng)器的內(nèi)容物中的總元素氮或總氨氮的含量低于最優(yōu)范圍時，通過執(zhí)行下述步驟中的一個或多個將氮遞送至第二反應(yīng)器：(i)向第二反應(yīng)器中加入氨氮，(ii)在第二反應(yīng)器中共消化富氮和富碳原料，(iii)在不進(jìn)行氨化或除氮的情況下直接將富氮原料遞送至第二反應(yīng)器，(iv)通過控制除氮系統(tǒng)效率和控制進(jìn)入第二反應(yīng)器中的氨減少沼渣的流量，來增加氨減少沼渣中的總氨氮或總元素氮的濃度。本發(fā)明的方法還可選地包括在將氨沼渣引入除氮工藝之前減少氨沼渣中的固體含量的步驟。在將固體轉(zhuǎn)移到第二反應(yīng)器之前，將從氨沼渣中移除的固體可選地直接轉(zhuǎn)移到第二反應(yīng)器或磷回收工藝中。本發(fā)明的方法還可選地包括將來自第二反應(yīng)器的沼渣分離成具有增加的固體含量的固體部分和具有減少的固體含量的液體部分；以及將液體部分再循環(huán)至第一反應(yīng)器或第二反應(yīng)器。本發(fā)明的方法在第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器中或在第二反應(yīng)器中在適于所選擇的底物和微生物的溫度范圍下進(jìn)行。因此，第一反應(yīng)器和/或第二反應(yīng)器中的溫度在30℃和40℃之間的嗜中溫范圍(mesophilicrange)內(nèi)，或者在45℃和60℃之間的嗜熱范圍(thermophilicrange)內(nèi)。優(yōu)選地，當(dāng)從在第一反應(yīng)器中進(jìn)行的工藝中去除氨氮時，所回收的氨為氨水和/或銨鹽的形式。優(yōu)選地，當(dāng)磷回收作為本發(fā)明的方法的一部分進(jìn)行時，磷作為磷酸鹽溶液或鹽沉淀物回收?？蛇x地，磷酸鹽溶液在除氮中用作吸收劑。在優(yōu)選的實施方式中，氨化按如下在第一反應(yīng)器中進(jìn)行：首先，將包含每千克VS小于60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料遞送至第一反應(yīng)器用于預(yù)氨化，其次，將包含每千克VS超過60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料遞送至第一反應(yīng)器用于與預(yù)氨化原料繼續(xù)氨化?？蛇x地，將在第一反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體引導(dǎo)至第二反應(yīng)器以提高生物氣產(chǎn)率。在第二實施方式中，本發(fā)明提供一種用于優(yōu)化由原料產(chǎn)生生物氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：第一反應(yīng)器，用于處理原料以進(jìn)行氨化，來生成氨沼渣，用于除氮的系統(tǒng)，用于除氮以由氨沼渣生成氨減少沼渣，第二反應(yīng)器，用于由氨減少沼渣產(chǎn)生生物氣，用于將各種類型的原料分別遞送至第一反應(yīng)器的裝置(means)，用于將氨沼渣從第一反應(yīng)器遞送至用于除氮的系統(tǒng)的裝置，用于將氨減少沼渣從用于除氮的系統(tǒng)遞送至第二反應(yīng)器的裝置，用于將原料或氨氮直接遞送至第二反應(yīng)器的裝置。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，工藝中的氮狀態(tài)由下述控制：第一測量系統(tǒng)，測定原料中揮發(fā)性固體中的總元素氮含量或原料中的碳氮摩爾比，第二測量系統(tǒng)，測定除氮后氨減少沼渣中的總氨氮、總元素氮的量或C/N摩爾比，第三測量系統(tǒng)，測定第二反應(yīng)器的內(nèi)容物中的總氨氮、總元素氮的量或C/N摩爾比，用于控制將富氮原料、富碳原料或包含每千克揮發(fā)性固體超過60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料分配到第一反應(yīng)器或第二反應(yīng)器中的裝置，用于將第二反應(yīng)器中的總氨氮、總元素氮的量或C/N摩爾比保持在最佳范圍內(nèi)，用于基于來自第二測量系統(tǒng)和第三測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)控制除氮系統(tǒng)的效率以及進(jìn)入第二反應(yīng)器的氨化沼渣流的流量的裝置，用于將第二反應(yīng)器中的總氨氮、總元素氮的量或C/N摩爾比保持在最佳范圍內(nèi)，其中，當(dāng)原料材料的C/N摩爾比低于15或者原料材料的VS中的總元素氮含量高于40克N/千克VS時，原料材料是富氮的，其中，當(dāng)原料材料的C/N摩爾比高于15或者原料材料的揮發(fā)性固體中的總元素氮含量低于40克N/千克VS時，原料材料是富碳的，其中，當(dāng)C/N摩爾比在5.0和12之間，或者總氨氮的量在每升0.1和2.5克之間，或者總元素氮的量在每升0.3和2.8克之間時，第二反應(yīng)器的內(nèi)容物中的氮狀態(tài)是最優(yōu)的。用于除氮的系統(tǒng)包括例如用于空氣汽提在氨化期間產(chǎn)生的氨或銨的設(shè)備。用于將原料遞送至第一反應(yīng)器的裝置、用于將氨沼渣從第一反應(yīng)器遞送至用于除氮的系統(tǒng)的裝置、和用于將氨減少沼渣從用于除氮的系統(tǒng)遞送至第二反應(yīng)器的裝置、以及用于將原料或氨氮直接遞送至第二反應(yīng)器的裝置考慮包括用于傳輸流體的合適的泵、導(dǎo)管、管道、槽以及用于移動固體或半固體材料的容器和/或輸送機(jī)。附圖說明圖1是描述運行本發(fā)明的系統(tǒng)的設(shè)施中的原料流的示意圖。圖2是示出當(dāng)應(yīng)用不同除氮策略時生物氣化反應(yīng)器中的氨/銨濃度的計算模型的結(jié)果的圖。圖3是本發(fā)明的工藝系統(tǒng)和系統(tǒng)的示意性視圖。圖4是示出實施例2的計算機(jī)模型操作的流程圖。具體實施方式因此，本發(fā)明提供一種用于優(yōu)化由原料材料(即，有機(jī)材料原料)產(chǎn)生生物氣的改進(jìn)兩相方法(兩階段方法)。在此，提供了一種用于有機(jī)材料的厭氧消化的兩相系統(tǒng)。第一階段包括在含有氨化微生物群落的第一容器中進(jìn)行的厭氧消化的水解和酸化階段。在該相期間，原料中包含的大多數(shù)有機(jī)氮作為氨釋放。除氮步驟在氨化之后。可以應(yīng)用任何已知的除氮方法。在除氮后，該材料在厭氧消化的第二階段中用作生物氣原料。為了保持原料的產(chǎn)甲烷潛能，在第一階段期間損失盡可能少的碳是很重要的。因此，厭氧地進(jìn)行氨化階段以最小化作為二氧化碳進(jìn)入大氣中的碳的損失。此外，除氮方法不應(yīng)消耗或揮發(fā)在氨化期間產(chǎn)生的VFA。在除氮后，pH應(yīng)接近中性，并且氨濃度足夠低，以有利于生物氣化(biogasification)的最佳條件。系統(tǒng)中原料的流量通過觀察和控制在方法的不同步驟期間的氮狀態(tài)來指導(dǎo)。該系統(tǒng)提供了提高AD方法的生產(chǎn)率和盈利的若干機(jī)會：(1)拓寬的原料范圍；(2)由于恒定C/N比和總元素氮或總氨氮濃度而更有效和更穩(wěn)定的甲烷產(chǎn)生；(3)不同原料材料之間不需要延長適應(yīng)期；(4)由于工藝水再循環(huán)而降低的污水處理成本；(5)適于銷售的肥料成分或產(chǎn)品。為了更清楚地理解本發(fā)明，定義以下術(shù)語。除非另有說明，否則將使用下面列出的術(shù)語，術(shù)語旨在如所指出的來定義。其他術(shù)語的定義可以在整個說明書中出現(xiàn)。除非另有說明，否則所有單數(shù)術(shù)語也包括術(shù)語的復(fù)數(shù)形式、主動語態(tài)形式和過去時態(tài)形式。術(shù)語“含氮”是形容詞，意思是包含化學(xué)元素氮。術(shù)語“含碳”是形容詞，意思是包含化學(xué)元素碳。本文使用的術(shù)語“原料”和“生物質(zhì)”是指例如含有可變比例的含氮化合物(例如蛋白質(zhì)、核酸、尿素和尿酸)和/或非含氮的含碳化合物(例如脂肪、纖維素、淀粉、糖和脂質(zhì))的有機(jī)材料。用于本發(fā)明方法的原料包括例如工業(yè)產(chǎn)生的廢料，例如動物副產(chǎn)物、魚副產(chǎn)物、屠宰場廢物、城市固體廢物的有機(jī)部分、能源作物、食品廢料、污水污泥、食品工業(yè)副產(chǎn)物以及作物培養(yǎng)副產(chǎn)物等。本文所用的術(shù)語“總固體”(TS)是材料的固體物質(zhì)含量的量度。其包括可溶性固體和不溶性固體(除了容易揮發(fā)的化合物，例如可能在干燥過程中蒸發(fā)的醇類)二者。TS是在103-105℃下干燥材料樣品20-22小時或直到恒重之后剩余的部分。本文所用的術(shù)語“揮發(fā)性固體”(VS)是指材料的有機(jī)物含量的量度。在TS測定之后對材料樣品進(jìn)行VS測定，因此樣品在點燃之前是干燥的。VS是在550℃下燃燒1-2小時或直到恒重之后揮發(fā)的部分(即重量損失)。術(shù)語“發(fā)酵(fermentation)”或“發(fā)酵(fermenting)”是指其中有機(jī)分子用作電子供體和受體兩者的厭氧微生物代謝過程。它與呼吸不同，其中來源于營養(yǎng)分子的電子被提供給氧(有氧呼吸)或其他無機(jī)分子/離子，如硝酸鹽、硫酸鹽、二氧化碳或鐵離子(厭氧呼吸)。在發(fā)酵中，營養(yǎng)分子被減小成小的有機(jī)分子，如揮發(fā)性脂肪酸和醇。本文使用的術(shù)語“反應(yīng)器”，“生物反應(yīng)器”或“消化器”限定了用于根據(jù)本發(fā)明的厭氧消化、發(fā)酵、生物氣化、水解、酸化或氨化的容器，并且除非另有說明，這些術(shù)語在本文中可互換使用。本文使用的術(shù)語“生物氣化”或“生物氣產(chǎn)生”限定了主要產(chǎn)生甲烷、二氧化碳和其他微量組分的混合物(生物氣)作為有用終產(chǎn)物的厭氧消化的微生物過程。厭氧消化、水解、酸化、乙酸生成和甲烷生成的四個階段導(dǎo)致有機(jī)材料中包含的大分子分解成單體，并進(jìn)一步分解成小的可溶性有機(jī)或無機(jī)化合物以及生物氣的氣態(tài)成分。本文所用的術(shù)語“廢水(rejectwater)”限定為來自生物氣化反應(yīng)器的沼渣的液相。使用諸如浮選、絮凝、沉淀、過濾和篩分的方法以及諸如沉降式離心機(jī)、螺旋壓力機(jī)、輥壓機(jī)或帶式壓力機(jī)的裝置將液體與固相分離。本文使用的術(shù)語“稀釋水”限定為單獨或與廢水一起供應(yīng)到反應(yīng)器或消化器，以稀釋反應(yīng)器或消化器內(nèi)容物來實現(xiàn)所需含量的所需量度如TS、VS或TAN。術(shù)語“氨化”在本文中限定為微生物代謝過程，在該過程期間，有機(jī)分子中含有的氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮、銨/氨的形式。在本發(fā)明的方法中，在氨化微生物(無論是單一的微生物物種或者菌株還是混合微生物種群或微生物群落)的存在下，系統(tǒng)的第一反應(yīng)器中氨化與水解和酸化同時發(fā)生。術(shù)語“氨化微生物種”在本文中限定為用于在發(fā)酵期間產(chǎn)生氨或銨的微生物的物種或菌株。水解和產(chǎn)酸種群包括細(xì)菌屬，例如殺細(xì)菌劑(Bacteriocides)、梭菌(Clostridia)、雙歧桿菌(Bifidobacteria)、鏈球菌(Streptococci)和腸桿菌(Enterobacteriaceae)，它們中的一些也存在于以CBS登錄號136063保藏的氨化混合細(xì)菌種群S1中。此外，單一菌株可以進(jìn)行水解、酸化和氨化的階段，如產(chǎn)高氨細(xì)菌厭氧消化鏈球菌C(PeptostreptococcusanaerobiusC)、斯氏梭菌SR(ClostridiumsticklandiiSR)和嗜胺梭菌FT(ClostridiumaminophilumFT)，但通常它們本身不能匹配微生物菌群的活性。氨化群落可以由原料材料本身中包含的微生物產(chǎn)生，但是如在例如專利公開號US20140271438中所證實的，加入專門用于含氮生物分子的分解和氨化的微生物群落的接種體通常增強(qiáng)和穩(wěn)定工藝效率。US20140271438的S1混合細(xì)菌種群通過16S焦磷酸測序和數(shù)據(jù)分析表征，并且由98.7％的屬于梭菌目(表1)的細(xì)菌組成。產(chǎn)乙酸互營單包菌(sporanaerobacteracetigenes)占總混合細(xì)菌種群的75.9％。S1中存在的梭菌目的其他常見屬是梭菌(Clostridium)(占總種群的15.5％)、喜熱菌(Caloramator)和泰氏菌(Tissierella)，以及物種澳洲馬氏菌(Mahellaaustraliensis)。屬于其他目的細(xì)菌構(gòu)成S1的剩余1.3％。S1通常能夠在24-72小時內(nèi)將存在于各種有機(jī)材料中的60-80％的氮釋放為氨。S1能夠耐受高氨濃度，在≤16gNH4+-NL-1時顯示活性。US20140271438還描述了其他氨化混合細(xì)菌種群，最值得注意的是指定為C1的混合細(xì)菌種群。對用苯酚-氯仿-異戊醇從其中細(xì)胞已被珠磨破壞的細(xì)菌培養(yǎng)物提取獲得的DNA進(jìn)行混合種群C1和S1的細(xì)菌群落分析。通過將由芬蘭Findest蛋白質(zhì)公司(FindestProteinOy)制造的非滅菌肉骨粉(MBM)與冷自來水以每升水中180gMBM的比例混合來產(chǎn)生C1種群。通過將非滅菌MBM(德國SARIA生物工業(yè)股份公司(SARIABio-IndustriesAG&Co.KG))與冷自來水以每升水中180gMBM的比例混合來產(chǎn)生S1種群。在50℃下不通風(fēng)培養(yǎng)MBM，直到NH3濃度達(dá)到平衡，并達(dá)到靜止生長期。在DNA提取之前，已通過在無菌MBM培養(yǎng)基[每升水中180gMBM]中加入5％(體積/體積)的S1或C1的接種體，將種群在50℃下培養(yǎng)4天。研究測試實驗室(美國德克薩斯州盧博克市)按Dowd等人在2008年和Wolcott等人在2009年所描述的進(jìn)行通過標(biāo)記編碼的FLX擴(kuò)增子焦磷酸測序(bTEFAP)的細(xì)菌16S基因檢測和細(xì)菌多樣性數(shù)據(jù)分析。引物28F‘GAGTTTGATCNTGGCTCAG’(SEQIDNO:1)和519R‘GTNTTACNGCGGCKGCTG’(SEQIDNO:2)用于擴(kuò)增16S可變區(qū)V1-3(其中“N”是A、T/U、G或C，且其中“K”是T/U或G)。細(xì)菌多樣性分析示出存在屬于15種不同的屬(表1)的細(xì)菌。在總共23個結(jié)果中，16個在物種水平上被確定，7個在屬水平上被確定。梭菌和產(chǎn)乙酸互營單包菌在兩個種群中占主導(dǎo)地位。為了舉例說明S1與其他微生物群落的相似性的確定，使用方程式[1]用表1中所示數(shù)據(jù)計算相關(guān)系數(shù)，其中X和Y是指兩個矩陣，C1和S1，計算兩者之間的相關(guān)性，x和y是矩陣中的單一值，并且和是矩陣中所有值的平均值。種群中未出現(xiàn)的物種(表12中空白單元格)賦值為0。關(guān)于本文公開的細(xì)菌或微生物種群的術(shù)語“基本相似”意味著與表1中限定的一種或多種細(xì)菌種群相比，細(xì)菌或微生物種群的相關(guān)系數(shù)為至少0.8。當(dāng)與表1中限定的一種或多種細(xì)菌種群相比，優(yōu)選地，基本相似的細(xì)菌或微生物種群具有的相關(guān)系數(shù)為至少0.9，且更優(yōu)選地，基本相似的細(xì)菌或微生物種群具有的相關(guān)系數(shù)為至少0.95。種群C1和S1之間的相關(guān)系數(shù)為0.9964。表1細(xì)菌多樣性分析結(jié)果：種群C1和S1的屬和種。結(jié)果表示為總種群的百分?jǐn)?shù)因此，通過根據(jù)公式1計算相關(guān)系數(shù)，可以從16SDNA分析中確定不同的混合細(xì)菌或微生物種群之間的相關(guān)程度。術(shù)語“氨化的”在本文中限定為指已經(jīng)通過氨化處理的材料。本文使用的術(shù)語“預(yù)氨化”是指工藝步驟，其包括在添加到富含氮并且具有高含量的可發(fā)酵含碳化合物(包括單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維例如β-葡聚糖、果聚糖、果膠和半乳聚糖)的混合原料之前的富氮原料的氨化。在本發(fā)明的方法中，已確定了需要預(yù)氨化的材料的限值為每千克VS60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維。富氮原料的預(yù)氨化通過防止培養(yǎng)基的酸化而支持富含氮和可發(fā)酵含碳化合物的原料的氨化。本文使用的術(shù)語“氨沼渣”限定為源自其中原料已經(jīng)被處理直到優(yōu)選原料中超過50％的總元素氮轉(zhuǎn)化為氨的氨化消化器或反應(yīng)器的沼渣。本文使用的術(shù)語“氨減少沼渣”限定為已經(jīng)通過除氮達(dá)到除去了至少80％的氨氮的氨沼渣。本文所用的術(shù)語“嗜中溫”是指能夠在嗜中溫溫度范圍內(nèi)生長和發(fā)酵的微生物，以及在30℃和40℃之間的嗜中溫溫度下發(fā)生的微生物過程。嗜中溫氨化和甲烷生成在該溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。本文所用的術(shù)語“嗜熱”是指能夠在嗜熱溫度范圍內(nèi)生長和發(fā)酵的微生物，以及在45℃和60℃之間的嗜熱溫度下發(fā)生的微生物過程。嗜熱氨化和甲烷生成在該溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。本文使用的術(shù)語“產(chǎn)甲烷微生物”或“產(chǎn)甲烷菌”是指具有產(chǎn)生包括甲烷的生物氣的能力的微生物。產(chǎn)甲烷菌是古生菌域的廣古菌(Euryarchaeota)門的成員，屬于六種目：甲烷球菌(Methanococcales)、甲烷火菌(Methanopyrales)、甲烷桿菌目(Methanobacteriales)、甲烷八疊球菌(Methanosarcinales)、甲烷微菌(Methanomicrobiales)和甲烷胞菌(Methanocellales)。甲烷產(chǎn)生沿著四種不同的路線發(fā)生：氫營養(yǎng)甲烷生成、乙酸分解甲烷生成、甲基營養(yǎng)甲烷生成和H2依賴性甲基營養(yǎng)甲烷生成。甲烷八疊球菌目的成員利用多種甲烷生成途徑，而剩余的五種目主要進(jìn)行氫營養(yǎng)甲烷生成。產(chǎn)甲烷消化器中的產(chǎn)甲烷菌具有不同的組成，其中一些消化器以乙酸分解產(chǎn)甲烷菌為主，而一些以氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌為主。條件如溫度、原料和銨以及乙酸鹽濃度對產(chǎn)甲烷群落組成有影響。已確定嗜中溫和嗜熱消化器都含有顯著量的產(chǎn)甲烷屬甲烷囊菌(Methanoculleussp.)、甲烷段桿菌(Methanobrevibactersp.)、甲烷桿菌(Methanobacteriumsp.)以及甲烷絲狀菌(Methanosaetasp.)，而甲烷熱桿菌(Methanothermobactersp.)僅在嗜熱消化器中有檢測到(Sundberg等人，2013)。產(chǎn)甲烷菌群落適應(yīng)消化器內(nèi)的條件，但太快的變化能夠?qū)е峦耆种萍淄樯?。產(chǎn)甲烷群落是相互作用的微生物種的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)從未發(fā)酵的原料開始時，其在厭氧條件下在數(shù)周至數(shù)月的時間內(nèi)緩慢地進(jìn)化。因此，活性產(chǎn)甲烷群落最容易作為來自工作中的產(chǎn)甲烷消化器的接種體獲得。本文所用的術(shù)語“富氮”或“富氮原料”是指C/N摩爾比低于15或其中揮發(fā)性固體(VS)中的總元素氮含量高于40克N/千克VS的原料。本文所用的術(shù)語“富碳”或“富碳原料”是指C/N摩爾比高于15或其中揮發(fā)性固體(VS)中的總元素氮含量低于40克N/千克VS的原料。本文所用的術(shù)語“總元素氮”和“總氨氮”(TAN)描述了評估方法期間的原料氮含量以及氮狀態(tài)的替代方式。這些量度分別表示所有形式的含氮化合物中的元素氮的量以及以氨和/或銨形式存在的氮的量。本文所用的術(shù)語“氮狀態(tài)”是指供給本發(fā)明的方法或方法的容器或消化器或反應(yīng)器的內(nèi)容物中的原料中的C/N摩爾比和/或總元素氮或總氨氮含量。通過以C/N摩爾比和/或總元素氮或總氨氮含量保持在本文中限定的最佳范圍內(nèi)的方式運行該方法來實現(xiàn)氮狀態(tài)控制。術(shù)語“用于控制效率的裝置”通常是指用于調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的裝置。對于用于除氮的空氣汽提器，通過調(diào)節(jié)包括pH水平、溫度和時間的操作條件來控制效率。在空氣汽提器中，pH和溫度能通過連接至探針控制器并進(jìn)一步連接至計算機(jī)軟件的在線傳感器檢測。工藝設(shè)備的調(diào)節(jié)通過例如可編程邏輯控制器(PLC)、可編程自動化控制器(PAC)、遠(yuǎn)程終端單元(RTU)和/或基于PC的控制系統(tǒng)來進(jìn)行。用于在整個方法中遞送材料的裝置包括管道、導(dǎo)管、泵、輸送器等。固體材料運送器可以是例如鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)或螺旋輸送機(jī)。管件(plumbing)例如由EN1.4301AISI304不銹鋼制成。泵是，例如，旋轉(zhuǎn)凸輪泵。重力裝置也是用于移動材料的預(yù)期方法。廣義地，本發(fā)明的方法提供了一種用于測定待進(jìn)料給第一反應(yīng)器的原料的揮發(fā)性固體中總元素氮含量或C/N摩爾比，測定待進(jìn)料給第二反應(yīng)器的氨減少沼渣中的總氨氮或總元素氮的量或C/N摩爾比，以及測定第二反應(yīng)器的反應(yīng)器內(nèi)容物中的總元素氮含量或總氨氮含量或C/N摩爾比的測量系統(tǒng)。通過設(shè)計用于測量總元素氮和/或碳的傳感器或檢測器來測定總元素氮或C/N摩爾比。用于測量總元素氮的傳感器或檢測器包括干燒(Dumas)和濕氧化(凱氏定氮)方法。測量碳的傳感器或檢測器包括干燒法，以及可替換地，化學(xué)需氧量(COD)或總有機(jī)碳(TOC)方法。C/N摩爾比由所檢測的摩爾氮和碳含量計算。通過傳感器或檢測器測定氨氮，包括熒光或分光光度檢測之后的酶測定、氨選擇性電極以及基于奈斯勒(Nessler)或貝特洛(Berthelot)方法的快速顏色生成方法。用于監(jiān)測和調(diào)節(jié)本發(fā)明的方法的其他傳感器或檢測器預(yù)期也可用于檢測pH水平、特定營養(yǎng)物如糖、淀粉和脂肪的水平。具體而言，預(yù)期有氨傳感器和總元素氮傳感器。在含有蛋白質(zhì)的原料中，蛋白質(zhì)水平通常由氮含量測定，例如如上所述。例如，使用pH電極通過電化學(xué)或使用pH指示劑通過比色測定pH。含碳材料通過本領(lǐng)域已知的方法測定。例如，使用比色或色譜方法測定糖。例如使用基于淀粉與碘的反應(yīng)的比色法或使用酶-比色測定法(其中淀粉降解為葡萄糖，然后比色測定葡萄糖)測定淀粉。使用例如氣相色譜法、溶劑萃取-重力法或組合萃取-檢測方法測定脂肪，其中萃取方法包括例如超臨界流體萃取，并且檢測方法包括例如紫外線和火焰離子化檢測器?！被跍y定的原料或氨減少沼渣或第二反應(yīng)器內(nèi)容物的氮狀態(tài)，該方法作為兩相厭氧消化方法進(jìn)行，其中第一階段(firstphase)是第一反應(yīng)器中的氨化，第二階段(secondphase)是第二反應(yīng)器中的生物氣化，以產(chǎn)生生物氣。通過除氮步驟使各相分開。通過監(jiān)測該方法的氮狀態(tài)，確定施加氨化和除氮的必要性，即當(dāng)?shù)獱顟B(tài)允許時，可以將原料直接進(jìn)料給第二反應(yīng)器用于生物氣化。通常認(rèn)為生物氣原料的最佳C/N摩爾比為20和30之間，即每個氮原子20-30個碳原子。因此將認(rèn)為C/N摩爾比低于20的原料是富氮的。然而，現(xiàn)在已經(jīng)確定，在本發(fā)明的方法中，C/N摩爾比高于15的原料可以直接遞送到生物氣化階段。生物氣反應(yīng)器的微生物密度已確定為具有約1.44×1010個細(xì)胞/l反應(yīng)器內(nèi)容物(Bengelsdorf等人，2012)。這對應(yīng)于每升反應(yīng)器內(nèi)容物具有2.5克微生物生物質(zhì)的近似干重(基于Balkwill等人1988年所報道的每克干重5.81×1012個細(xì)胞的數(shù)量來計算)。干微生物生物質(zhì)中的氮含量為約11.0％，碳含量為47.2％(基于Fagerbakke等人1996年的表1來計算)。這對應(yīng)于每升反應(yīng)器內(nèi)容物0.3克微生物生物質(zhì)氮和1.2克微生物生物質(zhì)碳，以及C/N摩爾比為3.7。然而，對于某些原料材料，現(xiàn)在已經(jīng)證實最佳生物氣產(chǎn)生的反應(yīng)器內(nèi)容物C/N摩爾比在5和12之間。由于不可生物利用并且依然未消化的碳的存在，這些較高的值是可能的，同時仍然影響C/N摩爾比值的測定。除了C/N摩爾比之外，氮狀態(tài)控制包括測定和使用原料和反應(yīng)器內(nèi)容物中的氮水平，以用于做出工藝控制決策。如上所限定的，富碳原料具有大于15的C/N摩爾比。該C/N摩爾比對應(yīng)于C/N質(zhì)量比12.82。揮發(fā)性固體(VS)是材料的有機(jī)物含量的量度。通常認(rèn)為約50％(質(zhì)量/質(zhì)量)的VS由碳組成。因此，當(dāng)C/N質(zhì)量比為12.82時，每kgVS具有約40克氮。因此，在富碳原料材料中，每kgVS具有少于40克的N。相應(yīng)地，在富氮材料中，C/N摩爾比低于15，并且每kgVS具有超過40克的N。如上所述，用于生物氣化的最佳C/N摩爾比為15-30。C/N摩爾比30對應(yīng)于C/N質(zhì)量比25.64，以及每kgVS約20克氮。氮狀態(tài)測定用作做出在如圖1所示的本發(fā)明的工藝中引導(dǎo)原料流的決策的基礎(chǔ)，其中提供了將原料引入本發(fā)明的系統(tǒng)的幾條路線。在圖1中以羅馬數(shù)字標(biāo)記路線并且在下文中詳細(xì)描述。I：當(dāng)原料是富氮的(原料的C/N摩爾比低于15或每kgVS具有超過40克的N)并且在生物氣化反應(yīng)器中存在足夠的氮時(C/N摩爾比低于12或總氨氮高于0.1g/L或總元素氮高于0.3g/L)時，將原料引導(dǎo)至氨化。II：當(dāng)富碳原料的氮狀態(tài)處于生物氣化的最佳范圍(原料的C/N摩爾比為15和30之間，或者每kgVS具有20至40克的N)內(nèi)并且生物氣化反應(yīng)器中的條件對于微生物生長和生物氣產(chǎn)生是最佳的(C/N摩爾比在5.0和12之間或總氨氮在0.1g/L和2.5g/L之間或總元素氮在0.3g/L和2.8g/L之間)時，原料直接遞送至生物氣化。在生物氣化反應(yīng)器的內(nèi)容物中，因為碳以甲烷和二氧化碳的形式從反應(yīng)器中損失C/N摩爾比低于原料中的C/N摩爾比。生物氣中存在非常少的氣態(tài)氮或氨，因此離開生物反應(yīng)器的氣態(tài)碳的量遠(yuǎn)超過離開生物反應(yīng)器的氣態(tài)氮的量。III：當(dāng)原料是富氮的(原料的C/N摩爾比低于15或每kgVS具有超過40克的N)，但在生物氣化反應(yīng)器中存在氮缺乏狀態(tài)時(C/N摩爾比高于12，或總氨氮低于0.1g/L，或總元素氮低于0.3g/L)，將原料引導(dǎo)至生物氣化。IV：當(dāng)富碳原料的氮狀態(tài)不處于用于生物氣化的最佳范圍(原料的C/N摩爾比高于30或每千克VS具有小于20克的N)內(nèi)并且生物氣化反應(yīng)器中的條件對于微生物生長和生物氣產(chǎn)生是最佳的(C/N摩爾比在5.0和12之間，或總氨氮在0.1g/L和2.5g/L之間，或總元素氮在0.3g/L和2.8g/L之間)，或者反應(yīng)器處于缺氮狀態(tài)(C/N摩爾比高于12或總氨氮低于0.1g/L或總元素氮低于0.3g/L)時，原料可以與富氮原料混合用于生物氣化反應(yīng)器中的共消化(IVa)，或用氮源如氨(NH3)補充(IVb)。本文所述的本發(fā)明的系統(tǒng)包括除氮步驟，其中氮可以作為氨回收。如果需要，可將該回收的氨重新引入系統(tǒng)中。如圖1中所述，利用C/N摩爾比引導(dǎo)原料流有利于在該方法的每個步驟中在氮水平的最佳范圍內(nèi)進(jìn)行該方法。與常規(guī)的單相和兩相厭氧消化方法的操作相比，本發(fā)明簡化了原料界面處的操作。當(dāng)在每個工藝步驟中應(yīng)用由C/N摩爾比指導(dǎo)控制時，系統(tǒng)可以接受各種原料材料，因為有用于處理每種類型的材料的指定路線。用先前報道的微生物群落(例如混合細(xì)菌種群S1)的實驗顯示，原料中豐富的碳水化合物的存在引起酸化和培養(yǎng)基pH降低至低于6(氨化微生物的活性極限)(參見例如，美國專利申請?zhí)?0140271438A1中的實施例3)。因此，低pH將導(dǎo)致氨化停止。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，可以根據(jù)上面討論并由圖1所示的原理，將富氮原料(即C/N摩爾比低于15和>40克N/千克VS)引導(dǎo)至氨化。然而，在本發(fā)明的方法中，當(dāng)氨化富氮原料材料時，我們已經(jīng)確定酸化。如果原料具有高含量的可發(fā)酵含碳化合物(包括單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維如β-葡聚糖、果聚糖、果膠和半乳聚糖)，則進(jìn)行酸化。如果含碳化合物是不可發(fā)酵的，即不包含例如纖維素化合物，則不進(jìn)行酸化。在本發(fā)明的方法中，對于將引起酸化的材料，已經(jīng)確定限值為每千克VS60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維。低于該限值，不會進(jìn)行酸化到其中氨化會被抑制的程度。如果已經(jīng)確定原料由于酸化而不適合作為唯一原料的氨化，則可以借助于富氮原料的預(yù)氨化來處理材料。預(yù)氨化可以被認(rèn)為是順序共消化的一種形式。其通過首先將不引起酸化的富氮原料氨化來進(jìn)行。然后，將確實引起酸化的原料與預(yù)氨化原料混合，用于持續(xù)氨化。預(yù)氨化步驟提供了具有高堿度和緩沖能力的培養(yǎng)基，其緩和由易溶解的含碳化合物的快速水解引起的酸化。以這種方式，引起酸化的原料中的氮可以在它引起生物氣化階段中銨抑制之前，礦化為氨/銨，并且在除氨步驟中除去。工藝設(shè)置在圖3中，參考數(shù)字1指用于培養(yǎng)氨化混合細(xì)菌種群S1的容器。氨化群落可以包含已經(jīng)被認(rèn)為在進(jìn)行氨化方面有效的其他類型的微生物群落或單一微生物種的種群。來自容器1的群落、種群或培養(yǎng)物用作第一厭氧消化器或反應(yīng)器4中的接種體，其中接種體通過進(jìn)料泵或裝置2遞送?；蛘撸谝幌骰蚍磻?yīng)器4的內(nèi)容物可用作新批次原料的接種體。或者，接種體不需要作為本發(fā)明的方法的一部分培養(yǎng)，但是氨化群落可以源自原料本身(不需要添加接種體)。接種體也可以在本發(fā)明的工藝外部的設(shè)備中產(chǎn)生，并從其直接遞送到第一反應(yīng)器。接種體的量為總反應(yīng)器內(nèi)容物體積的至少2.5％(體積/體積)?；蛘撸臃N體可以作為包含在第一消化器或反應(yīng)器4內(nèi)的固體載體材料上的生物膜存在。根據(jù)本文設(shè)計的參照圖1的方案，基于待傳遞至工藝的原料的組成對其進(jìn)行分選。在圖3中，通過原料分選系統(tǒng)31和通過其將原料材料遞送到工藝的消化器或反應(yīng)器的管道3A、3B和3C來表示分選過程。原料分選系統(tǒng)31包括用于待遞送到工藝中的每種原料的容器和用于根據(jù)原料和第二消化器或反應(yīng)器14中的氮狀態(tài)將原料遞送到導(dǎo)管3A、3B或3C的裝置(如計算機(jī)控制閥)。富氮原料經(jīng)由導(dǎo)管3A遞送到第一消化器或反應(yīng)器4。在經(jīng)由導(dǎo)管3A傳送至第一消化器或反應(yīng)器4的包含每kgVS小于60克的單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料預(yù)氨化后，導(dǎo)管3B用于將包含每kgVS超過60克的單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料傳送至第一消化器或反應(yīng)器4。當(dāng)順序地進(jìn)行兩種類型的原料到消化器或反應(yīng)器4中的遞送時，導(dǎo)管3A和3B可以任選地由單個導(dǎo)管代替。在遞送到第一消化器或反應(yīng)器4之前，可以通過熬煉(rendering)、熱水解、熱處理或任何其它方法對原料進(jìn)行預(yù)處理，以例如提高消化性，實現(xiàn)衛(wèi)生化或提取組分如脂肪。在消化期間，用裝置5攪拌消化器內(nèi)容物?？梢酝ㄟ^使用葉輪、噴射器(sparger)、潛水泵或其它類型的裝置以任何適用的方式進(jìn)行攪拌。在30℃至40℃的嗜中溫溫度下或在45℃至60℃的嗜熱溫度下在厭氧條件下進(jìn)行氨化。將氨化過的材料通過進(jìn)料泵或裝置6遞送到將沼渣的固相和液相分離的裝置7。相分離可以使用沉降式離心機(jī)、螺旋壓力機(jī)、輥壓機(jī)、帶式壓力機(jī)或其它類型的裝置以任何適用的方式進(jìn)行。將液相引入其中收集液態(tài)沼渣用于儲存的均壓罐(equalizingtank)8。如果需要，可以借助于進(jìn)料泵或裝置10通過加入來自容器9的堿來提高液態(tài)沼渣的pH。當(dāng)使用該方法進(jìn)行氨氮的去除時，堿性pH可以提高氨汽提效率?？梢允褂闷渌椒?，例如通過去除可溶性二氧化碳來實現(xiàn)pH的提高。液態(tài)沼渣經(jīng)由進(jìn)料泵或裝置11遞送到除氮系統(tǒng)12。可以使用任何已知的除氮方法。這些方法包括生物學(xué)方法如硝化/反硝化和物理化學(xué)方法如沉淀、離子交換、反滲透、過濾和汽提。然而，用于除氮的生物方法也會消耗揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，使得該材料作為生物氣原料價值較低。更重要的是，生物學(xué)方法導(dǎo)致氨轉(zhuǎn)化為氮氣，由此有價值的營養(yǎng)物損失到大氣中。各種物理化學(xué)方法有利于氮作為純氨或其他化合物(通常是鹽如鳥糞石或硫酸銨)的回收。汽提是施加空氣或水蒸汽流以從溶液中汽提作為氣體的純氨的一種方法。有效的氨揮發(fā)需要堿性pH和高溫，以使氨/銨均衡的平衡向氨移動。然后通過洗滌(即，吸收到水中)來回收氣態(tài)氨，以產(chǎn)生氨水或酸溶液，從而產(chǎn)生銨鹽。當(dāng)通過空氣或蒸汽汽提進(jìn)行除氮時，氣流被引入回收容器13例如洗滌器中，以利于氨氮回收。氣流中氨的洗滌通過氣態(tài)氨和水的凝結(jié)形成氨水或吸收到洗滌器13內(nèi)所含的水或酸溶液中來進(jìn)行。汽提器/洗滌器系統(tǒng)可用于除去二氧化碳，以實現(xiàn)在氨汽提之前提高pH。在這種情況下，首先在洗滌器13中使用堿性溶液以從存在于除氮系統(tǒng)12中的液相中吸收二氧化碳。在除去二氧化碳之后，將水或酸溶液傳送到洗滌器13以實現(xiàn)從液相吸收氨，從而提供脫除氨的液態(tài)沼渣。通過進(jìn)料泵或裝置30將脫除氨的液態(tài)沼渣遞送到第二厭氧消化器或反應(yīng)器14用于生物氣化。第二消化器或反應(yīng)器14含有活性產(chǎn)生生物氣的產(chǎn)甲烷群落。遵循參照圖1所闡述的原理，富碳原料經(jīng)由導(dǎo)管3C傳送到第二消化器或反應(yīng)器14中。在第二消化器或反應(yīng)器14中缺氮(第二反應(yīng)器內(nèi)容物的C/N摩爾比高于12或總元素氮或總氨氮分別低于0.3或0.1克/升)的情況下，富氮原料可以經(jīng)由導(dǎo)管3C單獨地或者混合地傳送到第二消化器或反應(yīng)器14中，用于與富碳原料共消化。這降低了C/N摩爾比，或者將第二消化器或反應(yīng)器14內(nèi)的總元素氮或總氨氮含量提高到最佳范圍(C/N摩爾比在5.0和12之間，或者總氨氮的量為每升在0.1和2.5克之間，或總元素氮的量為每升在0.3和2.8克之間)?；蛘?，如參考圖1所述，如果缺氮迫在眉睫，來自回收容器13的氨可以用于富碳原料的氮補充，并且可經(jīng)由導(dǎo)管3C傳送到第二消化器或反應(yīng)器14。保持穩(wěn)定的最佳范圍的氮狀態(tài)(如前面所限定的)有利于使用各種原料材料或者集中于一種特定原料。在消化期間，用裝置15攪拌消化器內(nèi)容物。攪拌可以通過使用葉輪、噴射器、潛水泵或其它類型的裝置以任何適用的方式進(jìn)行。在第二消化器或反應(yīng)器14中在厭氧下以及在范圍為30℃至40℃的嗜中溫溫度下或范圍為45℃至60℃的嗜熱溫度下進(jìn)行生物氣化。由于消化器內(nèi)微生物種群的較高多樣性，嗜中溫生物氣產(chǎn)生通常更穩(wěn)定。它還對氨抑制較不敏感，并且比嗜熱生物氣化需要更少的用于溫度保持的能量。然而，嗜熱生物氣產(chǎn)生由于更高的反應(yīng)速率而實現(xiàn)更短的保留時間，并且當(dāng)具有穩(wěn)定氮狀態(tài)的原料可用時是適用的。溫度馴化可以用于將嗜中溫生物氣產(chǎn)生群落轉(zhuǎn)變?yōu)槭葻嵘餁猱a(chǎn)生群落，反之亦然。這通常需要從幾周到幾個月的漫長適應(yīng)期，因此通常優(yōu)選從在所需溫度范圍下操作的生物氣裝置獲取新的接種體。在第一消化器或反應(yīng)器4中的氨化期間產(chǎn)生的氣體可以經(jīng)由導(dǎo)管25引導(dǎo)到第二生物氣化反應(yīng)器或消化器14，以利用在氨化期間形成的二氧化碳和氫氣通過氫營養(yǎng)甲烷生成來提高生物氣產(chǎn)量?？梢詫⒐腆w沼渣從進(jìn)行液相和固相分離的裝置7遞送到用于磷回收工藝的容器16。在容器16中，富磷物(例如，含骨廢物如屠宰場固體廢物)可以用從容器23分配的稀無機(jī)或有機(jī)酸溶液處理。該處理優(yōu)選地用檸檬酸溶液進(jìn)行，并且進(jìn)行一段時間，通常在室溫下24-48小時，以便溶解作為可溶性磷酸鹽的磷內(nèi)容物。因此，如美國專利8,691,551B1所詳細(xì)描述的，產(chǎn)生含磷酸鹽的液體肥料組分，并形成作為副產(chǎn)物的固體鈣肥。磷酸鹽液體組分也可以被引入容器13中并用作氨氣的酸性吸收劑溶液。來自容器13的氨產(chǎn)物可以被引入反應(yīng)容器26，并且通過從容器24進(jìn)一步添加含鎂試劑或溶液，并且任選地從容器9添加堿，可以產(chǎn)生固體肥料鳥糞石。當(dāng)原料中存在少量磷時，固體可以直接遞送到用于生物氣化的第二消化器或反應(yīng)器14。另一個選擇是當(dāng)方法抗變換性(robustness)允許處理固體物質(zhì)時，將固體進(jìn)料至除氮工藝。在這種情況下，在除氮之前不需要液/固分離步驟，但是僅在生物氣化之后。在磷酸鹽回收之后，剩余固體通過進(jìn)料泵或裝置17遞送到第二消化器或反應(yīng)器14。在第二消化器或反應(yīng)器14中生物氣化之后，沼渣通過進(jìn)料泵或裝置18遞送到分離沼渣的固相和液相的裝置19。相分離可以通過使用沉降式離心機(jī)、螺旋壓力機(jī)、輥壓機(jī)、帶式壓力機(jī)或其它類型的裝置以任何適用的方式進(jìn)行。液相(即廢水)可以借助于進(jìn)料泵或裝置21再循環(huán)到第一消化器或反應(yīng)器4或第二消化器或反應(yīng)器14，其中它用作稀釋水以實現(xiàn)所需的干物質(zhì)或總固體(TS)含量。另外，來自生物氣化的廢水增加了第一消化器或反應(yīng)器4中的氨濃度，有利于從氨化沼渣中更有效地除氨。或者，廢水可用作肥料或被引導(dǎo)至廢水凈化。固體部分20可以用作例如肥料或土壤改良劑或者它可以堆肥?；蛘撸涣坠腆w可以遞送到磷回收工藝16。生物氣通過氣體去除導(dǎo)管22從第二消化器或反應(yīng)器14排出。最后，圖3示出的設(shè)置具有用于測定原料中揮發(fā)性固體中的碳氮摩爾比或總元素氮含量的第一測量系統(tǒng)32。第二測量系統(tǒng)27測定除氮后氨減少沼渣中的總元素氮、總氨氮或碳氮摩爾比。第三測量系統(tǒng)28通過從沼渣采樣測定第二消化器或反應(yīng)器14中總元素氮、總氨氮或碳氮摩爾比。圖3所示的設(shè)置還具有控制系統(tǒng)29，其接收來自第一、第二和第三測量系統(tǒng)的信息，以通過諸如計算機(jī)控制定時器的裝置控制除氮系統(tǒng)12的效率，并通過裝置諸如計算機(jī)控制閥或泵控制進(jìn)入第二消化器或反應(yīng)器14的沼渣流量?；诘诙骰蚍磻?yīng)器14內(nèi)的氮狀態(tài)的預(yù)定限值進(jìn)行控制?？刂葡到y(tǒng)29還遵循參照圖1所闡述的原理控制原料從原料分選系統(tǒng)31到反應(yīng)器或消化器4或14的流量。實施例以下實施例描繪了本發(fā)明的方法和化合物。盡管已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式具體描述了本發(fā)明，但是下述實施例僅進(jìn)一步用于舉例說明和闡述本發(fā)明，而不意圖限定或限制本發(fā)明的有效范圍。實施例1引起酸化的原料材料的預(yù)氨化表2示出使用食物廢料(FW)、豬和牛屠宰副產(chǎn)物(PB)和肉雞屠宰副產(chǎn)物(BC)的實驗的結(jié)果。食物廢料具有的C/N摩爾比為約14。它是富氮的，但是含有足夠的可發(fā)酵含碳化合物以在用作單一原料時引起酸化并抑制氨化。動物屠宰副產(chǎn)物具有的C/N摩爾比低于10，并且?guī)缀醪缓妓衔?。結(jié)果表明，與將食物廢料作為唯一原料消化或與富氮材料共消化相比，富氮材料的預(yù)氨化和隨后的食品廢料的氨化產(chǎn)生高度提高的產(chǎn)率。當(dāng)使用PB40％-FW60％混合物時，共消化產(chǎn)生小于20％的產(chǎn)率。然而，當(dāng)應(yīng)用預(yù)氨化時，>50％的產(chǎn)率僅需要20％的PB。原料材料之間的差異由BC的結(jié)果反映：它在支持食品廢料的氨化方面不如PB有效。然而，保留了預(yù)氨化的有益效果。對于～50％的產(chǎn)率，共消化需要80％的BC，而在預(yù)氨化時，40％的BC對于相似產(chǎn)率是足夠的。表2實施例2對生物氣化反應(yīng)器內(nèi)的氮含量建模在本發(fā)明的系統(tǒng)中，原料可以基于組成進(jìn)行分選，并選擇性地進(jìn)行除氮，以將生物氣化消化器的氮濃度保持在最佳水平。創(chuàng)建用于模擬生物氣工廠的生物氣化反應(yīng)器的氮濃度的計算模型，該生物氣工廠通過(1)生物氣化之前的富氮原料的氨化和隨后的汽提或(2)在生物氣化之后汽提廢水來分離富碳的和富氮原料并去除多余的氮。計算模型基于一組參數(shù)迭代地計算生物氣化反應(yīng)器的氮濃度。對于兩種原料，其使用以下參數(shù)：(1)總元素氮濃度、(2)總固體比、(3)揮發(fā)性固體比和(4)總原料的比例。此外，其使用以下參數(shù)：(1)水力停留時間(hydraulicretentiontime)、(2)有機(jī)負(fù)荷率、(3)揮發(fā)性固體去除率、(4)表示生物氣化消化器中多少克氮結(jié)合到單克固體的常數(shù)、(5)稀釋水中廢水的比例，即“廢水率”、(6)生物氣化之前進(jìn)行汽提時通過汽提的稀釋水的比例、(7)通過汽提去除的氨氮的比例、(8)氨化之后將呈氨形式的富氮原料的總元素氮的比例以及(9)正在使用哪種除氨方法。圖4中示出了模型的操作。在圖4所示的模型中，具有實線(“-”)的方形是必需工藝，而具有虛線的方形(“---”)是可選工藝。該模型假定在沒有任何氮去除的情況下將富碳原料直接進(jìn)料到生物氣化反應(yīng)器6。假定直接或經(jīng)氨化2和預(yù)生物氣化汽提4步驟將富氮原料進(jìn)料到生物氣化反應(yīng)器中。假定氨化步驟2將原料氮轉(zhuǎn)化為氨形式，使得所得的氨化的原料中總氮的氨氮的比例與相關(guān)模型參數(shù)匹配。假定預(yù)生物氣化汽提步驟4從氨沼渣中除去固定比例的氨氮。假定來自固體分離步驟8的循環(huán)廢水具有與生物氣化反應(yīng)器6相同的氨氮濃度，因為假定固體包含所有非氨氮。假定循環(huán)廢水不包含其它形式的氮。如果在模型配置中能夠進(jìn)行生物氣化之后的汽提，則假定生物氣化后的汽提10從循環(huán)廢水中除去固定比例的氮。對于用新鮮水稀釋廢水12，該模型假定循環(huán)廢水與新鮮水結(jié)合，使得所得稀釋水中廢水的比例與參數(shù)“廢水率”匹配。假定新鮮水不含氮。假定稀釋水直接或經(jīng)氨化2和預(yù)生物氣化汽提4進(jìn)入生物氣化反應(yīng)器6。對于稀釋水，假定氨化沒有效果，因為假定所有氮已經(jīng)為氨形式。假定稀釋水的預(yù)生物氣化汽提4從通過預(yù)生物氣化汽提4的稀釋水的比例中除去固定比例的氨氮。該模型用于估計當(dāng)工廠正以不同配置運行時接受玉米青飼和雞舍廢料的50％-50％(濕重)混合物作為其原料的生物氣工廠的生物氣化消化器的氮濃度。表3中總結(jié)了每個建模運行的配置，表4中列出了模型參數(shù)，并且圖2中示出了建模結(jié)果。表3配置除氮廢水率1生物氣化之前的氨化和隨后的汽提0％2生物氣化之前的氨化和隨后的汽提100％3生物氣化之后的汽提100％4沒除氮0％5沒除氮100％表4參數(shù)值雞舍廢物的總元素氮濃度[g/kg]31.4玉米的總元素氮濃度[g/kg]3.2雞舍廢物的總固體率[％]63.93玉米的總固體率[％]30.76雞舍廢物的總固體的揮發(fā)性固體[％]82.42玉米的總固體的揮發(fā)性固體[％]95.66水力停留時間[天]30有機(jī)負(fù)荷率[kg/(m^3*d)]4.0揮發(fā)性固體去除率[％]80與每克固體結(jié)合的氮克數(shù)[g/g]0.0286在配置1和2中的生物氣化之前通過氨化和汽提的稀釋水的比例[％]45在配置1、2和3中通過汽提去除的氨的比例[％]90在配置1和2中的氨化之后將呈氨形式的富氮原料的總元素氮的比例[％]70生物氣化消化器的初始氨氮濃度[g/升]0.9圖2示出的結(jié)果顯示了對于配置1和2，氨氮水平將在約125天的時間內(nèi)穩(wěn)定到低于2克/升的水平，即低于典型的抑制水平。對于配置3和4，氨氮水平在類似的時間段內(nèi)穩(wěn)定至3-4克/升的水平，這可能潛在地導(dǎo)致抑制。在配置5中，如果檢測到抑制時操作參數(shù)不改變，氨氮水平將快速上升超過典型的抑制水平，并且穩(wěn)定到超過12克/升的水平。結(jié)果顯示，原料的分選和富氮原料通過氨化除氮以及隨后所產(chǎn)生氨的汽提允許僅用生物氣化廢水來稀釋原料，同時將生物氣化反應(yīng)器中的氨氮濃度保持在典型抑制水平以下。汽提廢水、不使用廢水稀釋以及沒有除氮的配置都不足以保持生物氣化消化器中安全的氨氮濃度。實施例3通過空氣汽提除氮通過空氣汽提除氨取決于pH水平和溫度。提高pH用于將銨/氨平衡朝向容易揮發(fā)的游離氨形式移動。根據(jù)以下反應(yīng)，銨離子(NH4+)與氨(NH3)存在平衡：升高溫度和通風(fēng)將進(jìn)一步增加揮發(fā)，并且形成的氣態(tài)氨可以被吸收到中性或酸性溶液中。在該實施例中，使用空氣汽提器-酸洗滌塔系統(tǒng)來除去和回收氨。根據(jù)本文所述的工藝設(shè)置(參見上文關(guān)于圖3的題為“工藝設(shè)置”的具體描述部分)，通過加入來自容器9的NaOH溶液(50％)將氨化和離心的雞舍廢料液體培養(yǎng)基(27.4升)的pH調(diào)節(jié)至10.04。然后通過進(jìn)料泵將pH已調(diào)節(jié)的雞舍廢物液體培養(yǎng)基進(jìn)料至除氨單元。在這種情況下，除氨單元是填充高度為2.15m和內(nèi)徑為16cm的中試規(guī)?？諝馄崞?。將雞舍廢料液體培養(yǎng)基加熱至60℃，并用逆流空氣將氨從液相轉(zhuǎn)移至氣相(液體流量5L/min，空氣流量75L/min)。然后將氨導(dǎo)入洗滌器中，其中氨被硫酸溶液捕獲，產(chǎn)生作為最終產(chǎn)物的硫酸銨。氨汽提繼續(xù)75分鐘，使得98.4％的氨被去除。表5中示出了初始和最終的氨濃度和pH水平。表5還使用內(nèi)徑為47mm和總高度為75cm的實驗室規(guī)模的空氣汽提器進(jìn)行除氮。將一批火雞羽毛在50℃下氨化(初始總固體12％)14天，然后在95℃下滅活1h。通過篩分和離心分離固體。按照與上述相同的原理，但是使用檸檬酸-磷酸鹽溶液作為吸收酸，進(jìn)行發(fā)酵的火雞羽毛的空氣汽提/洗滌過程。根據(jù)美國專利8,691,551B1中提出的方法通過檸檬酸處理而從骨中溶解羥基磷灰石來產(chǎn)生該吸收溶液。汽提在43℃下進(jìn)行5.5小時，在汽提期間總共加入4ml50％NaOH，并且恒定空氣流量為25l/min。除氨率為90.9％。實施例4中試規(guī)模的概念驗證演示在中試規(guī)模系統(tǒng)中驗證了本發(fā)明的系統(tǒng)(即“達(dá)特(Ductor)工藝”)為生物氣產(chǎn)生帶來的優(yōu)點。兩個平行的生物氣反應(yīng)器(40L體積)在嗜熱條件下操作58天，其中使用了A)氨化和氨汽提的原料(達(dá)特工藝)或B)未處理的原料(傳統(tǒng)工藝)。產(chǎn)甲烷接種體已經(jīng)從在廢水處理廠(芬蘭，赫爾辛基，維依基馬基廢水處理廠(wastewatertreatmentplant))操作的生物氣化消化器中獲得了，并在驗證開始之前已經(jīng)通過進(jìn)料廢水污泥(OLR＝1kgVSm-3d-1；HRT＝20天，溫度＝50℃)而保持了64天。以2kg揮發(fā)性固體(VS)m-3d-1的有機(jī)負(fù)荷率(OLR)和21天的水力停留時間(HRT)進(jìn)料反應(yīng)器。21天之后，OLR升高至3kgVSm-3d-1，以驗證在更高原料密度下的工藝功能性。使用的原料是雞舍廢料和玉米青飼的50:50混合物(質(zhì)量/質(zhì)量)。在該實驗中，在兩個反應(yīng)器中都使用了嗜熱條件(50℃)。然而，在氨化和生物氣產(chǎn)生中，范圍在從嗜中溫到嗜熱條件(即在30℃和60℃之間)的溫度是可行的。在達(dá)特工藝中，在50℃下將雞舍廢料氨化5至7天。在氨化開始時，用2.5％(體積/體積)的S1混合細(xì)菌種群接種原料(TS5.2-8.4％，重量/重量)，該S1混合細(xì)菌種群已經(jīng)使用通過引用并入本文中的美國專利申請?zhí)?0140271438A1的實施例1中描述的方法培養(yǎng)?；蛘?，將10％(按體積計)的前述氨化批料(batch)用作接種體。通過潛水泵每20分鐘進(jìn)行攪拌1分鐘。在氨化結(jié)束時，63.3-83.6％的原料氮轉(zhuǎn)化為氨。用沉降式離心機(jī)(DCE205-00-32，GEAWestfalia公司，德國)進(jìn)行液體和固體部分的分離。所得液體和固體部分具有的總固體含量分別為1.5-3.3％和26.4-29.8％。如上文實施例3所述，用中試規(guī)模的空氣汽提器進(jìn)行氨回收。將氨汽提的液體以與傾析之前相同的比例與固體部分合并。為了產(chǎn)生50:50的原料混合物，加入與氨化之前的雞舍廢料的質(zhì)量相等的量的玉米青飼。使用在生物氣化反應(yīng)器中同時存在的含有相同濃度的銨的合成廢水稀釋原料。在傳統(tǒng)工藝中，用如上所述的合成廢水稀釋雞舍廢料和玉米青飼的50:50混合物(質(zhì)量/質(zhì)量)。然后將材料直接進(jìn)料到生物氣化反應(yīng)器。從表6中報告的結(jié)果看出，關(guān)于銨濃度和甲烷產(chǎn)生，反應(yīng)器的初始狀態(tài)非常相似。在第5天和第25天之間，用傳統(tǒng)工藝運行的生物氣反應(yīng)器顯示出比達(dá)特工藝反應(yīng)器稍高的甲烷產(chǎn)生。在第26天之后，在傳統(tǒng)工藝中銨抑制的效果是明顯的，在第51天導(dǎo)致甲烷產(chǎn)生逐漸降低至低于達(dá)特工藝中產(chǎn)生的甲烷量的60％。在整個運行期間，達(dá)特工藝中的銨濃度保持相當(dāng)恒定(0.5gL-1和0.75gL-1之間)。在傳統(tǒng)工藝中，觀察到從約1gL-1至4.2gL-1的增加，當(dāng)濃度升高至高于1.5gL-1時，銨抑制變得明顯。所用的原料材料雞舍廢料和玉米青飼的C/N摩爾比分別為10.4和55。因此，將它們沿著上文所述并如圖1中所示的路線I和II進(jìn)料至工藝。還使用來自生物氣化反應(yīng)器的實際非合成廢水作為原料稀釋劑進(jìn)行了達(dá)特工藝和傳統(tǒng)工藝的比較。在該實驗中，原料僅由雞舍廢料構(gòu)成。結(jié)果是類似的：在30天運行期間，銨濃度達(dá)特工藝中保持低于1gL-1，而在傳統(tǒng)工藝中，從1.6gL-1增加到3.9gL-1。在該實驗中，當(dāng)氨化和汽提的原料的C/N降至15以下時，檢測到生物氣反應(yīng)器銨濃度的增加。這意味著除了在工藝中使用不同的路線引導(dǎo)原料流之外，氨化和除氮系統(tǒng)的效率也可以用于控制生物氣反應(yīng)器中的總氨氮水平。此外，結(jié)果表明C/N摩爾比低于15的原料必須通過氨化和除氮進(jìn)行處理。當(dāng)研究眾多原料材料的氨化時，我們已經(jīng)確定酸化是具有每千克VS超過60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料材料的氨化不成功的原因。具有每千克VS小于60克單糖、寡糖、淀粉或可發(fā)酵膳食纖維的富氮原料可以直接進(jìn)料至氨化。如果原料確實引起酸化，則在將酸化原料添加到氨化反應(yīng)器之前需要富氮原料的預(yù)氨化步驟。在中試規(guī)模驗證期間，在銨濃度低于每升反應(yīng)器內(nèi)容物中1.5克時能最有效地產(chǎn)生甲烷?？紤]到使用替代原料材料和生物氣反應(yīng)器微生物群落變化的影響，確定0.1-3克/升的銨濃度范圍會獲得最佳甲烷產(chǎn)生。這大致對應(yīng)于總氨氮濃度0.1-2.5克/升。如上所解釋的，總元素氮濃度必須為至少0.3克/升，以支持生物氣反應(yīng)器中微生物群落的生長。因此，總元素氮的最大允許濃度為2.8克/升，以達(dá)到銨氮的比例以及微生物群落的氮需求。表6達(dá)特工藝對比傳統(tǒng)生物氣工藝。兩種工藝使用雞舍廢物和玉米青飼的50:50混合物(質(zhì)量/質(zhì)量)作為原料在40升生物反應(yīng)器中運行58天。結(jié)果報告為兩個平行反應(yīng)器的平均值。兩個反應(yīng)器之間的變化通常低于10％，并且在一些罕見情況下在10和15％之間。援引并入本文引用了許多參考文獻(xiàn)，所有這些參考文獻(xiàn)的全部內(nèi)容通過引用并入本文中。權(quán)益要求本申請要求于2014年4月1日提交的美國臨時申請序列號61/973,577的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。保藏聲明下述生物材料的培養(yǎng)物已經(jīng)在下述條件下保藏在下述國際保藏單位：微生物保藏中心(CentraalbureauvoorSchimmelcultures)(CBS)烏普薩拉8號(Uppsalalaan8)3584CT烏得勒支(3584CTUtrecht)荷蘭所述條件滿足關(guān)于國際承認(rèn)用于專利程序目的的微生物保藏的布達(dá)佩斯條約的要求。國際保藏登錄保藏的混合細(xì)菌種群CBS登錄號保藏日期S1CBS1360632013年8月22日引用的參考文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)US4,022,66505/1977Ghosh等人US6,716,351B204/2004FassbenderEP1,181,252Bl04/2004Bakke等人EP1,320,388Bl11/2005Bonde和PedersenEP0,970,922Bl09/2007Moro等人US7,309,435B212/2007RozichEP2,220,004Bl09/2012Gerritsen和BlankenborgUS8,613,894B212/2013Zhao等人US8,642,304B202/2014Raap等人US8,691,551Bl04/2014Lahtinen等人EP2,039,775A203/2009*Iwai等人WO2013038216Al03/2013*Kovacs等人EP2,578,558Al04/2013*Natta和DonatiEP2,614,890Al07/2013*Wennergren和ChristensenUS20140271438Al09/2014*Oksanen等人*公布日其他出版物Balkwill,D.L.,Leach,F.R.,Wilson,J.T.,McNabb,J.F.,White,D.C.1988.Equivalenceofmicrobialbiomassmeasuresbasedonmembranelipidandcellwallcomponents,adenosinetriphosphate,anddirectcountsinsubsurfaceaquifersediments.MicrobialEcology16:73-84.Bengelsdorf,F.R.,Gerischer,U.,Langer,S.,Zak,M.,Kazda,M.2012.Stabilityofabiogas-producingbacterial,archaealandfungalcommunitydegradingfoodresidues.FEMSMicrobiologyEcology84:201-12.Dowd,S.E.,Wolcott,R.D.,Sun,Y.,Mckeehan,T.,Smith,E.,Rhoads,D.2008.PolymicrobialnatureofchronicdiabeticfootulcerbiofilminfectionsdeterminedusingbacterialtagencodedFLXampliconpyrosequencing(bTEFAP).PLoSONE3(10):e3326.Fagerbakke,K.M.,Heldal,M.,Norland,S.1996.Contentofcarbon,nitrogen,oxygen,sulfurandphosphorusinnativeaquaticandculturedbacteria.Aquaticmicrobialecology10:15-27.FlytheM.,Russell,J.2006.FermentationacidsinhibitaminoaciddeaminationbyClostridiumsporogenesMD1viaamechanisminvolvingadeclineinintracellularglutamateratherthanprotonmotiveforce.Microbiology152:2619-24.Ramsay,I.,Pullammanappallil,P.2001.Proteindegradationduringanaerobicwastewatertreatment:derivationofstoichiometry.Biodegradation12:247-57.Resch,C,A.,Waltenberger,R.,Braun,R.,Kirchmayr,R.2011.Enhancementoptionsfortheutilizationofnitrogenrichanimalby-productsinanaerobicdigestion.BioresourceTechnology102:2503-10.Sundberg,C,Al-Soud,W.A.,Larsson,M.,Aim,E.,Yekta,S.S.,Svensson,B.H.,Sorensen,S.J.,Karlsson,A.2013.454pyrosequencinganalysesofbacterialandarchaealrichnessin21full-scalebiogasdigesters.FEMSMicrobiol.Ecol.85:612-626.Wolcott,R.,Gontcharova,V.,Sun,Y.,Dowd,S.E.2009.Evaluationofthebacterialdiversityamongandwithinindividualvenouslegulcersusingbacterialtag-encodedFLXandTitaniumampliconpyrosequencingandmetagenomieapproaches.BMCMicrobiology9:226.Zhang,C,Yuan,Q.,Lu,Y.2014.InhibitoryeffectsofammoniaonmethanogenmcrAtranscriptsinanaerobicdigestersludge.FEMSMicrobiologyEcology87:368-77.序列表<110>達(dá)科特有限公司阿里·科托拉克爾圖·科斯肯涅米明娜·拉蒂尼恩亞爾科·努梅拉尼娜·維羅萊內(nèi)恩伊爾卡·維爾卡賈維<120>有營養(yǎng)物回收的生物氣工藝<130>PN1651215PZC<140>PCT/IB2015/052379<141>2015-03-31<150>61/973,557<151>2014-04-01<160>2<170>PatentInversion3.5<210>1<211>19<212>DNA<213>人工<220><223>通用16SRNA細(xì)菌引物<220><221>misc_特征<222>(11)..(11)<223>n為a,c,g,或t<400>1gagtttgatcntggctcag19<210>2<211>18<212>DNA<213>人工<220><223>通用16SRNA細(xì)菌引物<220><221>misc_特征<222>(3)..(3)<223>n為a,c,g,或t<220><221>misc_特征<222>(8)..(8)<223>n為a,c,g,或t<220><221>misc_特征<222>(14)..(14)<223>k為t或g<400>2gtnttacngcggckgctg18當(dāng)前第1頁1 2 3