本發(fā)明總的涉及用于微生物消化的方法和反應器并且具體涉及包含插件(insert)的方法和反應器，所述插件包含固定化于載體基質上的生物膜。本發(fā)明還涉及用于厭氧消化的方法和反應器，并且具體涉及其中產(chǎn)甲烷生物膜固定化于具有固定取向的載體基質上的方法和反應器。
背景技術：
：多種多樣的工業(yè)會產(chǎn)生廢物流，這些廢物流需要進一步的生物處理以回收干凈的水含量和“來自廢物的能量”。在許多情況下，例如對于釀酒廠酒糟、市政固體廢物(msw)的液化有機組分和來自屠宰場、餐館、乳制品加工和制革廠的廢物而言，這些廢物流含有高的總固體水平，通常超過7％重量。在不存在額外的處理步驟的情況下，由于無所不在的細菌的自發(fā)發(fā)酵，這些廢物流將不可避免地變?yōu)樗嵝浴ｏ@然有利的是使這些廢物流在其產(chǎn)生的場所得到處理。然而，就厭氧消化產(chǎn)生生物甲烷而言，在應用基于連續(xù)攪拌罐反應器(cstr)的常規(guī)技術時，這些廢物流已被證明是成問題的。在cstr系統(tǒng)中，將把進料流代謝為甲烷、二氧化碳和氨的微生物聚生體是自由漂浮于溶液中的，通常以絮狀物存在。關鍵的產(chǎn)甲烷古菌繁殖緩慢并且對外部條件高度敏感。這使得cstr系統(tǒng)眾所周知地容易發(fā)生底物抑制或揮發(fā)性脂肪酸(vfa)毒性的現(xiàn)象。對cstr系統(tǒng)中的高vfa水平作出的反應是，古菌將停止繁殖并進入代謝休眠狀態(tài)。為了避免“過度進給”反應器(這將導致vfa毒性)，cstr系統(tǒng)通常需要精心的過程控制和長的消化器停留時間，通常15天或更長時間。由于與vfa毒性相關的問題，酸性和高固體廢物流在cstr系統(tǒng)中已經(jīng)證明是不可管理的-過度生產(chǎn)的爆發(fā)或ph降至產(chǎn)甲烷菌停止代謝的水平導致vfa的積聚。cstr系統(tǒng)還眾所周知地容易發(fā)生鹽毒性。鹽毒性的確切機制仍是模糊的，并且很可能隨所涉及的金屬離子而不同-據(jù)報道在混合時不同的陽離子將發(fā)揮或拮抗或協(xié)同的毒性效應(參見chen等人于2008年的綜述)。酸性廢物流在cstr系統(tǒng)中尤其成問題。厭氧消化中ph的控制是一個關鍵的問題，其對進料流性質和在任何給定時刻反應器液體量的緩沖能力有著復雜的依賴性(參見綜述anderson和yang，1992年)。增加反應器上的有機負荷(即，在較短的停留時間下處理高固體進料)將提高對緩沖能力的要求。當進料流自身為酸性時，對緩沖能力的固有要求將進一步提高。為了使cstr反應器中的ph不降至大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌將停止代謝的水平——6.5以下，原料流通常必須經(jīng)受ph調節(jié)。到目前為止，對于ph的化學調節(jié)，最便宜的措施是氫氧化鈉。然而，進料流所產(chǎn)生的增加的鈉含量自身在cstr系統(tǒng)中是潛在毒性的。碳酸氫銨可能優(yōu)選作為ph調節(jié)的措施，但據(jù)推測由于不同的原因，隨后產(chǎn)生的增加的氨含量也是潛在毒性的(參見chen等人，2008年)。由于“過度進給”所致的鹽毒性和此外vfa毒性及此外由于進料流的酸性問題所致的vfa毒性通常在常規(guī)的cstr系統(tǒng)中導致“停工”事件。即使在所述潛在的毒性在理論上是可逆的情況下(例如vfa毒性很可能就是這種情況)，毒性事件仍然導致生產(chǎn)停工。這據(jù)推測在很大程度上歸因于產(chǎn)甲烷菌繁殖的停滯和生產(chǎn)性微生物的隨后沖失。常規(guī)的cstr反應器不能簡單地通過稀釋底物來恢復，因為這也會稀釋生產(chǎn)性微生物群落。在cstr系統(tǒng)中從毒性事件的恢復通常需要棄去消化器的內容物并用微生物培養(yǎng)物重新接種，這又將導致商業(yè)上災難性的長期停產(chǎn)。由于這些問題，許多這些成問題的工業(yè)廢物流的厭氧消化僅已通過與更易于管理的較低固體底物如糞肥混合而實現(xiàn)了商業(yè)化-通常在遠程處理位置。雖然這提供了水和“廢物能”的功能性回收，但它是遠沒有專門的現(xiàn)場處理方便的解決方案。與常規(guī)的cstr系統(tǒng)相比，眾所周知，所謂的“固定膜”生物反應器通常將提供對毒性降低的敏感性。在固定膜反應器中，微生物聚生體在生物膜內同化。細菌和古菌在生物膜內散布于基質中，所述基質包含由細菌產(chǎn)生的胞外聚合物質(exopolymericsubstances，eps)以及其他生物大分子的不均勻混合物。厭氧消化系統(tǒng)中典型的生物膜包含充當擴散屏障的外表面。所述膜的厚度可從非常薄(大約200um)(參見例如mahendran等人，2012年)到適度“厚”(2-5mm之間)(參見例如hickey等人，1991年)不等。cstr系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷古菌對細菌的相對比例通常介于10-25％之間(參見例如leclerc等人，2004年；和參見regueiro等人，2012年)。相比之下，在經(jīng)受高vfa負荷的固定膜系統(tǒng)中，產(chǎn)甲烷古菌可相對于細菌占主導地位(參見例如hickey等人，1991年)。在一些固定膜系統(tǒng)中，生物膜形成在固定化介質上。此載體材料的化學性質可影響所形成生物膜的性質，最顯著的是生產(chǎn)性生物質的厚度和密度。參見habouzit等人，2014年和參見adu-gyamfi等人，2012年。起碼，單單因為生產(chǎn)性微生物聚生體不能從反應器“沖失”，故固定膜系統(tǒng)也比cstr系統(tǒng)恢復快。因此，就毒性事件是可逆的來說，鈉、氨或vfa的毒性水平可從固定膜反應器簡單地沖失，而幾乎沒有或沒有生產(chǎn)性生物質的損失，故生產(chǎn)的恢復相當快。但之所以固定膜系統(tǒng)比cstr系統(tǒng)對特定的毒性挑戰(zhàn)更穩(wěn)健，很可能存在許多其他的原因。顯然可能的是，膜內相互共生的細菌和古菌在物理上緊鄰的排列及膜自身的功能特性可能使得固定膜系統(tǒng)對各種形式的毒性固有地較不敏感。例如，由于生物膜內營養(yǎng)底物或酶的局部高濃度，固定的細胞可能經(jīng)歷生理適應?；蛘撸皇窍嗷ヅ懦獾?，相對于本體水相中的細胞，生物膜內的細胞可能經(jīng)歷有毒物質有效濃度的降低。已知ph和代謝物濃度二者均以使得產(chǎn)生深度依賴性梯度的方式在生物膜中變化(參見allen等人，1999年；arcand等人，1994年；suidan等人，1984年；suidan等人，1994年；vanwhey等人，2011年；annachatre和khanna1990年)。此外，eps基質自身的選擇性效應可以發(fā)揮保護作用。例如，細菌胞外聚合物已知將結合鈉，這可有助于減輕鹽毒性(參見例如wo2007044439"microbialexopolymersusefulforwaterdemineralization"和參見vivanco等人，2006年)。廣泛的不同的固定膜生物甲烷系統(tǒng)已見報道(參見綜合性綜述tauseef等人，2013年)。這些系統(tǒng)已以各種不同的名稱如“厭氧過濾器”(af)、“降流固定式固定過濾器”(dsff)、“升流厭氧污泥毯”(uasb)、“厭氧流化床”(afsbr)、“厭氧序批間歇反應器”(asbr)、“厭氧擋板反應器”(afbr)、“厭氧固定床”(affb)等呈現(xiàn)。然而，盡管報道的反應器配置多種多樣，但固定膜生物甲烷系統(tǒng)基本上分為三大類：在第一類固定膜系統(tǒng)中，生物膜被有效地懸浮于溶液中，即自由漂浮在反應器罐中。這些“懸浮的”固定膜系統(tǒng)包括其中生物膜自身形成在獨立的顆粒內或作為另一種選擇形成在“移動的”固定化介質上的反應器。顆粒狀污泥系統(tǒng)可以多種方式布置。例如，污泥顆?？杀汇@孔(參見例如chen等人，2010年)或讓以“污泥毯”漂浮(參見例如mohan等人，2007年)或被隔室化(參見例如ji等人，2012年)或被趕過擋板系統(tǒng)(參見例如alkarimiah等人，2011年)或被用作在上層上具有過濾器以防止顆粒的外流損失的“混合式污泥毯”(參見例如banu和kaliappan，2007年)或采取一些其他配置。類似地，可使用廣泛的不同的生物膜固定化介質，然后讓其自由漂浮在反應器罐中，例如具有提供表面積的葉片的專用聚乙烯載體(chai等人，2014年)、聚氯乙烯(pvc)管的管件(pradeep等人，2014年)或乳膠珠(wu等人，2003年)。在第二類固定膜系統(tǒng)中，生物膜形成在固定化介質上，所述固定化介質以在固定床中隨機取向地用于反應器中。例如，隨機取向固定床系統(tǒng)已見報道使用固定化介質如合成尼龍墊(deshpande等人，2012年)、尼龍纖維(meesap等人，2012年)、波紋塑料環(huán)(martin等人，2010年)、二氧化硅珠(michaud等人，2005年)、聚丙烯環(huán)(austermann-haun等人，1994年)或粘土珠(wildenauer和winter，1985年)，它們隨機取向地用來形成填充床。在第三類固定膜系統(tǒng)中，生物膜形成在固定化介質上，所述固定化介質以非隨機取向用于反應器中而形成固定床，通過該固定床可更仔細地控制流體流動。這些固定取向的固定床系統(tǒng)已被視為用于相對于隨機床系統(tǒng)將耐受性范圍延伸至進料流中較高懸浮固體含量的手段(參見kennedy和vandenberg，1982年[18g/l]；delpozo等人，2000年[1g/l懸浮固體]；escudie等人，2005年[2-3g/l懸浮cod])。在嘗試于高的有機負荷下運行時困擾固定膜系統(tǒng)的主要問題是易受到生物膜表面處生產(chǎn)性交換的“堵塞”或阻斷。堵塞問題源自各種不同的來源。在最簡單的層次上，堵塞僅僅是進料流中懸浮固體含量的函數(shù)。因此，除了已經(jīng)受額外的沉淀步驟如電凝聚(參見例如deshpande等人，2012年)的進料流之外，高的總固體通常賦予更高的懸浮固體。隨機取向固定床系統(tǒng)和顆粒系統(tǒng)通常提供對于具有較低化學需氧量(cod)含量(<30g/l)或懸浮固體含量(<3重量％)的進料流特別快且有效的處理。例如，對于tauseef等人2013年綜述的隨機取向固定床系統(tǒng)而言，cod去除率為至少70％時可保持的最高報道的有機負荷率(olr)為18g/l消化器容積/天，總平均為6.8g/l消化器容積/天。cod去除率為至少70％時，最高報道的可持續(xù)生物氣生產(chǎn)速率為4.2l/l消化器容積/天，總平均為2.4l/l消化器容積/天。雖然對低固體進料流有效，但隨著進料流的cod含量增加，這些系統(tǒng)將不可避免地運行得越來越慢且有效性越來越低，最終在高固體負荷量下長時間運行后或在固體含量的某些極限耐受水平下變得堵塞。相比之下，固定取向固定床系統(tǒng)通?？赡褪苓M料流中更高的cod含量并在一些限定的cod去除率(例如，70％或更高)水平下承受更高的有機負荷(參見delpozo等人，2000年；escudie等人，2005年；kennedy和vandenber，1982年)。在固定膜系統(tǒng)中導致堵塞的第二個因素是這些系統(tǒng)在流體流流動通過固定化介質或顆?；蛘吡鬟^固定化介質或顆粒周圍時趨向于經(jīng)歷“溝流(channelling)”效應。這些效應在顆粒和“懸浮”載體系統(tǒng)以及隨機取向固定床系統(tǒng)中特別明顯，其中微觀非均勻流動模式導致內部旁路流動和死體積的形成。但這種“溝流”趨勢也在固定取向固定床系統(tǒng)中發(fā)生，盡管水平較低。固定取向固定床系統(tǒng)中的“溝流”效應將產(chǎn)生一種前饋級聯(lián)堵塞：“溝流”導致通過支承介質的流動模式中特定位置處附著固體的區(qū)域性積聚(參見例如hall，1982年[internal-p.393,col1,point3]和參見例如delpozo等人，2000年[internal-p.221]。附著固體的此區(qū)域性積聚又進一步加劇“溝流”的趨勢并促進附著固體在其他位置處的附加積聚。在本申請的意義上，流動模式可被稱為流動路徑。在固定膜系統(tǒng)中導致堵塞的第三個因素(其被認為是固定床系統(tǒng)中最重要的因素)(escudie等人，2011年)是膜自身的生長和懸浮生物質以絮狀物或生物膜的分離片段形式的逐漸積聚(參見rajeshwari等人，2000年；lima等人，2005年)。通常據(jù)信生物膜的形成和保持是通過膜片段的附著和分離之間的動態(tài)平衡來描述的(參見vanloosdrecht等人，1995年)，其又受容易沉淀的絮狀物與沉淀-復原細菌膠體之間的平衡的影響(參見albizuri等人，2014年)。生物膜保持中內聚與分離之間的平衡受剪切力的強烈影響，剪切力將促進生物膜片段的分離。這些分離片段又將大大增加堵塞的風險(vanloosdrecht，1995年；escudie，2011年)。在現(xiàn)有技術的固定取向固定床系統(tǒng)中，堵塞已最終成為長期使用過程中的問題。例如，在迄今報道的最大規(guī)模且最成功的此類系統(tǒng)中，在為期7年的運行中，包含固定化基質的管狀通道逐漸因生物膜的膨脹即懸浮生物質的附著而堵塞(escudie等人，2011年)。在此升流系統(tǒng)中，cod介于20-40g/l之間、懸浮固體介于2-3g/l之間的酒廠酒糟在流出物再循環(huán)的情況下連續(xù)地處理。在運行過程中，積聚在固定化基質上的生物質如此之多，以致反應器最終損失了其功能性內容積的75％。因此，固定取向固定床系統(tǒng)先前未被認為對于處理高固體廢物流、少得多的具有高懸浮固體的流是商業(yè)可行的。在這種情況下，常規(guī)的cstr系統(tǒng)在行業(yè)中繼續(xù)占據(jù)主導地位，盡管它們有著眾所周知的缺點。除了別的外，這里我們給出生產(chǎn)例如生物甲烷的方法和用于實施這些方法的系統(tǒng)，其可用來將常規(guī)的商業(yè)cstr罐改造成用于處理高固體廢物流的穩(wěn)健且高效的固定取向固定床生物反應器。將現(xiàn)存的cstr改造、改變或改型為如本文所公開的快速厭氧消化(fad)的優(yōu)點包括例如更穩(wěn)健且更快的過程以及由于較高的流率而大大提高的生產(chǎn)率。此外，停工時間縮短，并且例如在系統(tǒng)維護之后的啟動時間也顯著縮短。此外，提供了底物變化的更大靈活性。懸浮固體，值得一提的是包括懸浮生物質(如或包括分離的生物膜片段和絮狀物)，在存在于隔室式反應器的相鄰室下方的沉積區(qū)內徐緩地沉淀。豎直流動路徑確保正沉淀的顆粒被引導到沉積區(qū)中。避免攪拌有利于溫和的回流混合，這確保懸浮顆粒確實沉淀在沉積區(qū)中。賦予極小溝流風險的向下的低剪切活塞流(plugflow)被引導通過含在反應器的單個室內的多個管狀固定化載體。此向下的流然后被向前引導到位于載體下方的沉積區(qū)中。在沉積區(qū)內，豎直方向的流被迫變成通過含在后續(xù)室內的管狀固定化載體的向上的低剪切活塞流。隨著所述流行進通過隔室式反應器的其他室，豎直方向被迫在每一個相繼的室之間改變，從而在位于固定化載體下方的沉積區(qū)內以及位于所述載體上方的頂部空間區(qū)域內實現(xiàn)溫和的回流混合。通過系統(tǒng)的流速由流出物再循環(huán)速率、反應器罐的尺寸和反應器內各個隔室的數(shù)量和尺寸決定。本發(fā)明的反應器可裝上用于從沉積區(qū)定期移除未溶解固體的裝置。具有諷刺意味且引人注目的是，在現(xiàn)有技術系統(tǒng)中證明麻煩的高固體含量進料流被積極地認為在本發(fā)明的系統(tǒng)中是有益的。如果保持低的水力停留時間(hrt)，則進料流的高cod含量允許保持極高的生物氣流量。不希望受理論的束縛，但我們認為，從生物膜內出現(xiàn)的這些非常高的生物氣流量將賦予保護效果，由此生物膜性能得以改善并且堵塞趨勢大大降低。生物膜/進料流界面處微小氣泡的出現(xiàn)可預期賦予一定程度的微觀剪切力并促進局部返混，盡管進料流流動具有活塞流特性。實際上，固定取向固定床系統(tǒng)中的生物氣生產(chǎn)先前已被建議最大限度地減小溝流的風險(參見hall，1982年)并已在先前證實可促進混合(參見escudie等人，2005年)?？梢钥闯觯餁鈿馀萃ㄟ^沿生物膜的表面行進而上升到本發(fā)明的系統(tǒng)的頂部空間，這推測起來涉及聚結和氣蝕事件。這些情況在高的產(chǎn)氣速率下應促進生物膜片段的分離而不利于再附著。根據(jù)這一理論，分離的生物膜片段在沉積區(qū)中只是無害地沉淀。這繼而使生物膜生長與分離之間的平衡向著有利于薄的、光滑的、致密的和高產(chǎn)的膜的方向有效地偏移(參見loosrecht等人，1995年)。這種提出的效果可能在微觀水平上與污泥毯系統(tǒng)中觀察到的宏觀效應具有一定的相似性，由此，持續(xù)恒定的高流率再循環(huán)生物氣將提供對生物質積聚的良好控制，從而有利于薄的生產(chǎn)性生物膜(參見michaud等人，2003年)。低停留時間的保持還將確保膠體懸浮生物質將快速地從系統(tǒng)沖掉，這將進一步降低固定化基質內過度生物質積聚的風險。通過實施本發(fā)明的方法，可通過厭氧消化來處理具有高固體含量的多種酸性進料流，而不需要ph調節(jié)，但具有高速度、高甲烷產(chǎn)率以及對起因于“過度進給”的vfa毒性的實際完全免疫。在本發(fā)明的上下文中，術語“原料”或“底物”指含纖維素、半纖維素、木質纖維素或淀粉的生物質。術語“生物質”指任何生物質，如廢物、污水、糞肥、麥稈、玉米秸稈、甘蔗渣、甜高粱渣或空果串。在此上下文中，術語“廢物”指任何種類的具有有機物含量的廢物，如市政固體廢物(msw)、工業(yè)廢物、動物廢物或植物廢物。在本發(fā)明的上下文中，術語“水熱預處理”指使用呈熱液體、蒸汽或者包含高溫液體或蒸汽或二者的加壓蒸汽的水在120℃或更高的溫度下在添加或不添加酸或其他化學品的情況下“煮”生物質。在本發(fā)明的上下文中，術語“厭氧消化”指在受控曝氣條件下(例如，在不存在甲烷氣體在其中產(chǎn)生的氧氣或氧氣的量非常有限的情況下)的微生物發(fā)酵。產(chǎn)生的甲烷氣體達到在“厭氧消化”內的發(fā)酵混合物的水相中代謝產(chǎn)生的溶解甲烷的濃度在所用的條件下飽和的程度并從系統(tǒng)排放甲烷氣體。術語“好氧消化”指在曝氣條件下進行的微生物發(fā)酵。在本發(fā)明的上下文中，術語“cod或化學需氧量”指水中所有有機物質氧化所需要的氧的量，單位g/l，并因此為原料或生物質的有機物含量的量度。因此，在本發(fā)明的第一個方面，上述目的和若干其他目的旨在通過提供在暴露于含有生物膜前體的流體流時適于生物膜生長的生物膜載體來實現(xiàn)，所述生物膜載體包含三維結構，所述三維結構具有至少一個包含腔穴和凸起的表面，從而提供粗糙的表面。生物膜載體可被稱為生物膜支承物、生物膜基質固定物或載體基質。凸起可從所述至少一個表面延伸出0.1至10mm之間。腔穴或凹進可在所述至少一個表面下方0.1和5mm之間的區(qū)域中。所述至少一個表面為粗糙的表面，優(yōu)選粗糙的表面，即不平滑的表面。所述至少一個表面可具有0.1至10mm之間的表面粗糙度(roughsurfacearea)(ra)，如1至9mm之間，例如2至8mm之間。優(yōu)選地，ra可在3至6mm之間。所述至少一個表面可具有0.5至1.5mm之間、如1mm的最小谷深度rv。所述至少一個表面可具有1至2mm之間、如2mm的最小峰深度rp。該特定的表面粗糙度具有允許已被至少部分地洗去的生物膜再生長的優(yōu)點。在運行過程中，可能發(fā)生生物膜片段或絮狀物從生物膜載體的分離。生物膜的再生長可能不是直接的，因為所述至少一個表面被暴露于連續(xù)的流體流，從而不允許最佳的再生長條件。表面上存在較少暴露于流體流的元件(如腔穴或凸起)因此具有允許生物膜再生長的優(yōu)點。實際上，生物膜再生長可在較少暴露于流體流的元件內開始。該特定的表面粗糙度還具有增加可用于生物膜生長的表面積的優(yōu)點，從而增大可用于所引入的與生物膜載體接觸的原料的生物膜消化的表面。在一些實施方案中，三維結構包含開口，如貫穿所述至少一個表面的孔。例如，在生物膜載體中，三維結構可為管狀多孔三維結構。多孔可以是開放多孔的，即至少具有開放端的多孔。在其他實施方案中，三維結構為螺紋結構或包含螺紋結構。例如，三維結構為開放螺紋結構或包含開放螺紋結構。三維開放螺紋結構可由兩根或更多根搓捻并連接在一起的長絲制成。具有包含開口的三維結構，無論它們是開放多孔、貫穿的孔還是開放螺紋結構，其優(yōu)點在于與流體流的接觸可從流體的流動可能具有不同特性的三維結構的兩側發(fā)生。例如，流體流可能具有不同的速度、不同的質量(例如，不同的生物氣生產(chǎn)潛力)、不同的溫度，等等。這些不同的特性可允許從三維結構的一個特定側開始優(yōu)先的生物膜生長。例如，可使三維結構的第一側暴露于具有比第二側上的流體流更高速度的流體流。因此，在生物膜分離的情況下，第一側上可能不會發(fā)生生物膜生長，而第二側上可能發(fā)生生物膜生長，最終通過開口朝第一側延伸。因此，在生物膜從生物膜載體部分或全部分離的情況下，包含開口的三維結構允許生物膜更快的再生長。在一些實施方案中，生物膜載體包含生物膜。生物膜可為包含一種或多種適于好氧或厭氧消化/發(fā)酵的不同微生物的生物膜。該實施方案具有的優(yōu)點是，生長在生物膜載體上的生物膜可因此被運送離開生長環(huán)境如罐式反應器并被安置于其他設備、反應器或用于改型反應器的插件中以用于生產(chǎn)氣體或其他產(chǎn)物。實際攜帶生物膜的生物膜載體可經(jīng)處理以在運送過程中保持其特性，例如，可經(jīng)熱處理，如最終經(jīng)冷凍或保護，如涂覆以保護層。包含生物膜的生物膜載體可能非常穩(wěn)健，即可原樣運送而不需要例如熱處理、不需要保護層和/或保護性或受控的氣氛。在第二個方面，本發(fā)明涉及一種插件，所述插件包含一個或多個用于約束流體的流動的裝置，如一個或多個限定至少兩個開放的隔室的擋板，所述一個或多個擋板包含一個或多個開放的邊緣，從而在插入罐式反應器中并且罐式反應器在運行中時，所述一個或多個開放的邊緣將限定下溢(underflow)孔或上溢(overflow)孔，從而迫使流體向上或向下流過下溢孔或上溢孔。所述插件適于改型罐式反應器。所述插件具有的優(yōu)點是，當插入罐式反應器中并且罐式反應器在運行中時，所述插件允許約束和引導流體的流動且維護程度非常低，因為不存在機械運動部件，并且所述一個或多個擋板已經(jīng)固定在期望的位置而不需要進一步的調整。另一個優(yōu)點在于通過插件的使用來最大限度地減少能源使用或電消耗。插件的甚至還一個優(yōu)點在于能夠約束和引導流體流動通過系統(tǒng)以避免堵塞。插件限定開放的隔室，從而允許懸浮在流體中的固體從流動路徑沉淀或沉積，即朝向開放隔室的底部沉淀或沉積并且沉淀或沉積于開放隔室的底部上。在一些實施方案中，所述至少兩個隔室還包含圍繞所述一個或多個擋板的連續(xù)封閉側壁，其中所述一個或多個開放的邊緣相對于所述連續(xù)封閉側壁的高度錯位(displace)。所述一個或多個開放的邊緣相對于連續(xù)封閉側壁的高度、即相對于連續(xù)封閉側壁的開放的邊緣錯位，即交錯或偏移。該特定的開放邊緣的定位將確保通過插件的流體所期望的豎直之字形流動：交替的向上豎直流動和向下豎直流動。在一些其他實施方案中，所述一個或多個擋板被緊固到連續(xù)封閉側壁。所述插件可僅包含一個緊固到連續(xù)封閉側壁的擋板。在一些實施方案中，所述連續(xù)封閉側壁可為其中插入和安裝了插件的反應器的側壁。在這種情況下，插件可只包含所述一個或多個擋板，這些擋板例如通過焊接緊固到插件插入其中的罐式反應器的連續(xù)封閉側壁。在一些其他的實施方案中，所述一個或多個擋板可移除地連接(即，以允許移除的方式連接)到連續(xù)封閉側壁。在一些其他的實施方案中，連續(xù)封閉側壁為插件的元件而不是插件可插入其中的罐式反應器的元件。在一些實施方案中，連續(xù)封閉側壁為彎曲的壁。存在彎曲的連續(xù)封閉側壁的優(yōu)點是插件可容易地適合插入到目前可用的大多數(shù)罐式反應器中，這些罐式反應器具有至少一個彎曲的壁。在一些其他實施方案中，所述一個或多個擋板為多個擋板并且所述至少兩個開放的隔室為多個開放的隔室。在一些實施方案中，n個數(shù)量的擋板限定n+1個開放的隔室，其中n為大于1的數(shù)。在一些實施方案中，所述多個擋板的所述一個或多個開放的邊緣相對于彼此錯位，從而在插入罐式反應器中并且罐式反應器在運行中時所述一個或多個開放的邊緣限定多個下溢孔和上溢孔，從而迫使流體從第一隔室的下溢孔向上流向第二后續(xù)隔室的上溢孔，并向下流向第三后續(xù)隔室的下溢孔。一般來說，當插件包含多個隔室時，下溢孔和上溢孔配置為使得其迫使流體從開放的隔室m的下溢孔向上流向后續(xù)的開放的隔室m+1的上溢孔，并隨后向下流向后續(xù)的開放的隔室m+2的下溢孔，其中m為大于1的數(shù)。所述多個擋板的所述一個或多個開放的邊緣相對于彼此錯位，即交錯或偏移，即所述一個或多個開放的邊緣在不同的水平面處面向彼此；例如相對于插件的中心水平面在不同的高度處。例如，面向第二擋板的開放的邊緣的第一擋板的開放的邊緣可相對于插件的中心水平面位于不同的高度處，以確保通過插件的開放的隔室的流體所期望的豎直之字形流動：交替的向上豎直流動和向下豎直流動。在一些實施方案中，所述多個擋板為互連的擋板。擋板可通過例如共用壁或邊緣來互連，即與彼此連接。在一些其他的實施方案中，擋板可彼此相交，具有不同程度的交疊。在一些其他實施方案中，所述至少兩個開放的隔室中的一者或多者限定插件的一個或多個區(qū)段。插件可因此被分成包含多個開放的隔室的多個區(qū)段。例如，圓柱形插件可包含4個四分之一圓筒區(qū)段，它們具有基本相等的橫截面積并具有由多個擋板限定的多個隔室。外區(qū)段可包含彎曲的外壁，其與擋板一起限定梯形開放隔室，該梯形開放隔室具有由所述彎曲的外壁的內表面形成的一個彎曲表面和由內區(qū)段的彎曲內壁的外表面形成的另一個彎曲表面。這一構造允許插件在當前可用的反應罐中的最佳配合。所述一個或多個區(qū)段可因此是外部的，即位于插件周緣處的外區(qū)段，或是內部的，即位于插件中心的內區(qū)段。在一些實施方案中，所述一個或多個擋板和/或所述連續(xù)封閉側壁由耐腐蝕且液體不滲透的材料制成。這允許插件用在消化如厭氧消化過程中存在的嚴苛環(huán)境中。在一些其他實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的插件還包含位于所述至少兩個開放的隔室中用于支承生物膜的裝置。例如，用于支承生物膜的裝置可為生物膜支承物、生物膜載體或用于將生物膜固定化于基材上的其他裝置。在一些實施方案中，用于支承生物膜的裝置為多個根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的生物膜載體。在一些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的插件限定沿著生物膜載體并在生物膜載體內的優(yōu)先豎直路徑，由此在插入罐式反應器中并且罐式反應器在運行中時具有基本上平行于生物膜的形成的流體流動。這具有避免堵塞的主要優(yōu)點。在第三個方面，本發(fā)明涉及一種生物反應器，其包含：容器，如具有一個或多個側壁和具有內表面和底部開口的底壁的罐式反應器；位于容器內的至少兩個可移除的即可移除地連接的開放隔室；至少一個在所述至少兩個可移除的隔室之間的上溢孔或下溢孔。由此，當生物反應器在運行中時，流體在所述至少兩個可移除的隔室之間向下流向所述至少一個下溢孔或向上流向所述至少一個上溢孔。在一些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的生物反應器包含根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的插件，其中所述至少兩個可移除的開放隔室為由插件的所述一個或多個擋板限定的至少兩個開放的隔室，并且其中所述至少一個上溢孔或下溢孔為由所述一個或多個開放的邊緣限定的下溢孔或上溢孔。在一些實施方案中，容器的所述一個或多個側壁為根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的插件的連續(xù)封閉側壁。因此，反應器的側壁與所述一個或多個擋板一起可限定開放的隔室。在一些實施方案中，開放的隔室因此由容器的側壁和所述一個或多個擋板界定。在一些實施方案中，生物反應器還包含用于在運行中時迫使流體通過優(yōu)先的路徑向下流向所述至少一個下溢孔或向上流向所述至少一個上溢孔的裝置。優(yōu)先的路徑可以是由沿著流或跨越流存在的裝置誘導的優(yōu)先方向和取向。優(yōu)先的流動路徑可以以層流、湍流或二者的組合為特征。例如，用于迫使流體的裝置可為用于支承生物膜的裝置如生物膜支承物、生物膜載體或用于固定化生物膜于基材上的其他裝置，其可影響流體的流動。例如，用于迫使流體的裝置可為例如在載體或通道內限定路徑的管狀生物膜固定化載體或管狀通道，該路徑優(yōu)先于另一路徑，例如載體或通道外的路徑。在一些實施方案中，用于迫使流體流動的裝置為根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的生物膜載體。在此實施方案中，優(yōu)先的路徑因此為中空生物膜載體內的路徑。優(yōu)先的路徑不排除流體流經(jīng)其他路徑。然而，當存在生物膜載體時，流動基本上流動通過整個載體，即大于流體總流量的80％、如85％、90％、95％或99％沿所述優(yōu)先的路徑流動通過所述載體。最終，不優(yōu)先的路徑堵塞，導致100％的流量通過優(yōu)先的路徑。相反，由于根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的生物膜載體的構造和位置，沿著生物膜載體并在生物膜載體內的優(yōu)先豎直路徑不會堵塞，因為流體流動基本上平行于生物膜的位置、形成或固定化。在一些實施方案中，生物反應器還包含用于促進(如連續(xù)地促進)沉積于或位于容器底壁內表面上的沉淀物如生物質的移除的裝置。用于促進移除沉淀物的裝置可為一種或多種旋轉裝置，如一個或多個旋轉刮刀。在另一個方面，本發(fā)明涉及一種或多種旋轉裝置，如一個或多個適于用在cstr中的旋轉刮刀。旋轉刮刀可具有刮削邊緣和與刮削邊緣相對的頂部邊緣。因此在一些實施方案中，所述一個或多個旋轉刮刀中的每一個具有刮削邊緣和與刮削邊緣相對的頂部邊緣。當不在運動中時，旋轉刮刀處于將減少或避免相鄰區(qū)段之間的短路流的位置中。因此在一些實施方案中，當不在運動中時，所述一個或多個旋轉刮刀處于將減少或避免相鄰區(qū)段之間的短路流的位置中。例如，當不在運動中時，每一個旋轉刮刀可位于界定區(qū)段的全擋板下方。因此，在一些實施方案中，其中當不在運動中時，所述一個或多個旋轉刮刀中的每一個位于界定區(qū)段的全擋板下方。每一個旋轉刮刀的邊緣與擋板的邊緣之間的適當間隙將確保正確的旋轉以及減少和/或避免區(qū)段之間的交叉流動。因此在一些實施方案中，在所述一個或多個旋轉刮刀中的每一個的頂部邊緣與全擋板的邊緣之間存在間隙，從而確保正確的旋轉以及減少和/或避免區(qū)段之間的交叉流動。在旋轉過程中，旋轉刮刀從其?？课恢?例如全擋板的下方)順時針或逆時針旋轉至第二停靠位置，例如第二全擋板的下方。因此，一次旋轉提供整個區(qū)段的底壁的內表面的刮削。在一些實施方案中，所述一個或多個旋轉刮刀適于從在第一全擋板下方的停靠位置順時針或逆時針旋轉至在第二全擋板下方的第二?？课恢?，由此，一次旋轉提供整個區(qū)段的所述底壁的內表面的刮削。在一些其他的實施方案中，旋轉刮刀可位于低擋板和/或高擋板的下方，例如每一個低擋板和高擋板的下方。因此在一些實施方案中，所述一個或多個旋轉刮刀位于低擋板或高擋板的下方。在一些實施方案中，旋轉刮刀在全擋板的底部邊緣和旋轉刮刀的頂部邊緣之間提供流體緊密密封。因此在一些實施方案中，所述一個或多個旋轉刮刀在全擋板的底部邊緣和所述一個或多個旋轉刮刀的頂部邊緣之間提供流體緊密密封。流體緊密在本文中定義為將避免或減少反應器的四分之一區(qū)段之間至少50％、如45％和0.1％之間、如40％和1％之間、如35％和5％之間、如30％和10％之間、例如25％的橫向流動的密封。流體緊密密封因此為將確保隔室或區(qū)段與靜態(tài)區(qū)之間的交叉流動低于所需的值的密封。實現(xiàn)生物反應器的最佳運行所需的值可低于通過對應的上溢孔和下溢孔的流量的50％，如50％和40％之間，或低于30％，如30％和20％之間，或低于20％，如20％和10％之間，或低于10％，如7％、5％、1％，如1％和0.1％之間。特別地，流體緊密密封確保如上所示交叉流動減至低于通過對應的上溢孔和下溢孔的流量的10％，從而具有實現(xiàn)高產(chǎn)氣量和低停留時間的效果。在一些實施方案中，容器包含限定于或位于底壁的內表面與根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的插件的最低水平面或最低部分之間的底室。根據(jù)本發(fā)明的其他實施方案，所述底室可包含用于促進移除沉淀物的裝置。在一些實施方案中，當不在運行中時，用于促進移除沉淀物的裝置適于在底室內限定靜態(tài)區(qū)，其中隔室或區(qū)段與靜態(tài)區(qū)之間的交叉流動低于所需的值。當在運行中時，靜態(tài)區(qū)變?yōu)榛旌蠀^(qū)，其中隔室或區(qū)段與靜態(tài)區(qū)之間的交叉流動高于所需的值。實現(xiàn)生物反應器的最佳運行所需的值可低于通過對應的上溢孔和下溢孔的流量的50％，如50％和40％之間，或低于30％，如30％和20％之間，或低于20％，如20％和10％之間，或低于10％，如7％、5％、1％，如1％和0.1％之間。特別地，用于促進移除沉淀物的裝置可適于將如上所示交叉流動減至低于通過對應的上溢孔和下溢孔的流量的10％，從而具有實現(xiàn)高產(chǎn)氣量和低停留時間的效果。在一些實施方案中，插件的寬度或尺寸或直徑基本上等于容器的寬度或尺寸或直徑，例如比容器的寬度或尺寸或直徑小0至5％之間。插件必須配合在容器內部。取決于生物反應器的設計，可以采用不同的尺寸、寬度和直徑來符合這一要求。在一些實施方案中，插件的最低水平面或部分位于與底壁的內表面相距所需的距離處。所述所需的距離為允許減少或避免相鄰區(qū)段之間的短路流的距離。所需的距離可由旋轉刮刀的高度限定，最終允許在插件的最低水平面與旋轉刮刀的頂部邊緣之間存在間隙。在一些實施方案中，生物反應器還包含用于使插件保持在與底壁的內表面相距所需距離處的裝置。例如，用于使插件保持在相距所需距離處的裝置可為位于容器的所述一個或多個側壁上的多個凸起。在一些實施方案中，用于使插件保持在與底壁的內表面相距所需距離處的裝置為底壁的彎曲部分。彎曲部分可逐漸減小容器的寬度、尺寸或直徑，其中所述寬度、尺寸或直徑由容器的所述一個或多個側壁限定。插件可因此被保持、抬起或抵靠在反應器的底壁的彎曲部分上。在其中生物反應器不具有彎曲的底壁的一些其他實施方案中，可根據(jù)生物反應器的設計來使用用于使插件保持在與底壁的內表面相距所需距離處的其他裝置。在一些實施方案中，開放的邊緣相對于彼此錯位，從而限定多個下溢孔和上溢孔，由此，當生物反應器在運行中時，流體從第一隔室的下溢孔向上流向第二后續(xù)隔室的上溢孔，并向下流向第三后續(xù)隔室的下溢孔。在一些其他的實施方案中，當生物反應器在運行中時，用于迫使流體流動的裝置限定向上流向后續(xù)隔室的上溢孔或向下流向后續(xù)隔室的下溢孔的優(yōu)先流動路徑。在一些其他實施方案中，當生物反應器在運行中時，非后續(xù)隔室之間的交叉流動低于所需的值。所需的值可低于通過對應的上溢孔和下溢孔的流量的50％，如50％和40％之間，或低于30％，如30％和20％之間，或低于20％，如20％和10％之間，或低于10％，如7％、5％、1％，如1％和0.1％之間。后續(xù)隔室也可以是不具有通過彼此之間的上溢和孔下溢孔的最佳流動的相鄰隔室。在此后一情況下，所需的值可低于通過在彼此之間具有上溢孔和下溢孔的后續(xù)隔室的上溢孔和下溢孔的流量的50％，如50％和40％之間，或低于30％，如30％和20％之間，或低于20％，如20％和10％之間，或低于10％，如7％、5％、1％，如1％和0.1％之間。在一些其他的實施方案中，生物反應器還包含用于使流體在所述至少兩個開放的隔室中的每一個內再循環(huán)的裝置。在一些實施方案中，生物反應器還包含用于使流體在所述至少兩個開放的隔室之間再循環(huán)的裝置。在一些實施方案中，生物反應器還包含用于使流體在每一個區(qū)段內再循環(huán)的裝置。在一些其他實施方案中，生物反應器還包含用于使流體在區(qū)段之間再循環(huán)的裝置。在一些實施方案中，用于使流體再循環(huán)的裝置為一個或多個再循環(huán)泵。在一些實施方案中，所述一個或多個再循環(huán)泵的數(shù)量等于插件的區(qū)段的數(shù)量。在一些實施方案中，所述一個或多個再循環(huán)泵的數(shù)量至少等于插件的區(qū)段的數(shù)量。在一些實施方案中，所述一個或多個再循環(huán)泵的數(shù)量等于插件的隔室的數(shù)量除以二。再循環(huán)泵的數(shù)量可超過隔室的數(shù)量。生物反應器可設計成對于再循環(huán)模式的改變和因此泵的構造的改變是靈活的。在一些實施方案中，可使用單個泵來實現(xiàn)兩個或更多個隔室的再循環(huán)，因此在一些實施方案中，泵也可少于隔室的數(shù)量。在一些實施方案中，容器為圓柱形罐式反應器。容器也可具有不同的幾何形狀，例如反應器可具有平行六面體、立方體或球形幾何形狀。在第四個方面，本發(fā)明涉及一種操作生物反應器的方法，所述生物反應器為根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的生物反應器，所述方法包括：-向生物反應器進給含有生物膜前體的流體；-進行流體的消化。所述消化可以是好氧的或厭氧的。在一些實施方案中，含有生物膜前體的流體為具有至少30.0gr/l的cod的原料。在一些實施方案中，原料可具有高于30.0gr/l的cod。在一些其他實施方案中，原料可具有低于30.0gr/l的cod。原料也可具有比30.0gr/l更低的cod濃度。重要的是，造就生物膜發(fā)育的是由來自接種物(即，啟動時投入反應器內的流出物、逐步引入的原料和循環(huán)流)的微生物進行的載體上的初始生長。生物膜從接種物中存在的細菌并還從原料中存在的細菌發(fā)育，原料可具有比這里述及的低和高的cod。例如，原料可為例如具有0.5-10gcod/l的廢水或具有1-100g/cod/l的糞肥。原料也可為例如具有酒廠酒糟的廢水、市政固體廢物(msw)的液化有機組分以及來自屠宰場、餐館、乳制品加工和制革廠的廢物。這些廢物流含有高的總固體水平，通常高于7重量％。本質上，據(jù)信任何適合好氧或厭氧消化/發(fā)酵的原料均適合在如本文所公開的生物反應器中處理。在一些實施方案中，進行的流體的消化以保持通過生物膜載體的優(yōu)先流動如基本層流的方式發(fā)生，水力停留時間為120小時或更少，同時保持至少0.0002m/s的流速和至少5.0l氣體/l消化器/天(升氣體/升消化器容積/天)的產(chǎn)氣速率。水力停留時間可如實施例中所示介于91小時的時間段和52天的時間段之間。例如，如實施例7中所示，介于160和72小時之間的水力停留時間也是可能的。產(chǎn)氣速率可介于5.0l氣體/l消化器/天和20.0l氣體/l消化器/天之間，如介于5.0l氣體/l消化器/天和15.0l氣體/l消化器/天之間，如高于7.0l氣體/l消化器/天。至少0.0002m/s的流速可以是豎直的，即，所需的流速指在豎直方向上流動的速度。理想的是橫截面流動或水平流動是有限的或不存在。豎直流動為沿生物膜載體的縱軸的流動，生物膜載體沿生物反應器的縱軸豎直布置。因此在一些實施方案中，進行的流體的消化以保持通過生物膜載體的基本層流豎直流動的方式發(fā)生，水力停留時間為120小時或更少，同時保持至少0.0002m/s的流速和至少5.0l氣體/l消化器/天(升氣體/升消化器容積/天)的產(chǎn)氣速率?；緦恿鞫x為主要是層流的流動，即，超過80％、如超過90％為層流。然而，當由生物膜產(chǎn)生的氣體沿載體壁流動時，基本層流可以是局部湍流的，例如，雷諾數(shù)介于1和2500之間。由于微生物固定化，所以當接受甲烷生產(chǎn)效率的損失時，系統(tǒng)可在低于120小時的hrt下運行。如果處理能力比甲烷產(chǎn)率更重要或如果想要流出物中的可用碳源，情況就可以是這樣。然而，系統(tǒng)也可在高于120小時的停留時間下運行。在一些實施方案中，原料以保持通過所述生物膜載體的基本層流的方式在厭氧條件下消化以產(chǎn)生生物甲烷，水力停留時間為120小時或更少，如少于110小時，如少于100小時、少于90小時、少于80小時、少于75小時、少于60小時、少于50小時或少于40小時，或者其中停留時間為20-120小時、30-120小時、40-120小時、50-120小時、75-120小時、100-120小時或如50-110小時、50-100小時、50-75小時，同時保持通過生物反應器的至少0.0002m/s的流速和/或至少5.0升/升消化器容積/天的產(chǎn)氣速率。在一些其他實施方案中，原料以保持通過所述生物膜載體的基本層流的方式在厭氧條件下消化以產(chǎn)生生物甲烷，水力停留時間為120小時或更少，同時保持通過生物反應器的至少0.0002m/s的流速如介于0.0002m/s至0.08m/s之間、如0.0030和0.07之間、如0.009和0.05之間、如0.015m/s至0.045m/s之間的流速和/或至少5.0升/升消化器容積/天的產(chǎn)氣速率。在一些其他實施方案中，原料在厭氧條件下消化以產(chǎn)生生物甲烷，水力停留時間為120小時或更少，同時保持通過生物反應器的至少0.0002m/s的流速和/或至少5.0升/升消化器容積/天(l/l/d)、如6.0l/l/d和10.0l/l/d之間、如7.0l/l/d和9.0l/l/d之間、如至少8.0l/l/d的產(chǎn)氣速率。在一些實施方案中，進行消化的步驟包括迫使流體在所述至少兩個隔室之間向下流向所述至少一個下溢孔或向上流向所述至少一個上溢孔。在一些其他實施方案中，所述迫使流體流動還包括迫使流體流動通過由所述多個生物膜載體限定的優(yōu)先的流動路徑。在一些實施方案中，迫使流體流動的步驟還包括使流體在每一個隔室內再循環(huán)。在一些其他實施方案中，迫使流體流動的步驟還包括使流體在隔室之間再循環(huán)。在一些其他實施方案中，迫使流體流動的步驟還包括使流體在每一個區(qū)段內再循環(huán)。在一些其他實施方案中，迫使流體流動的步驟還包括使流體在區(qū)段之間再循環(huán)。在一些實施方案中，根據(jù)第四個方面的方法還包括：-移除位于生物反應器的底壁內表面上的沉淀物。在第五個方面，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)生物氣的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含：-至少一個用于進料給生物反應器的進料罐；-一個或多個互連的根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的生物反應器；-至少一個用于收集來自所述一個或多個互連生物反應器的流出物的流出物罐。所述系統(tǒng)可還包含包含根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的插件的生物反應器。在第六個方面，本發(fā)明涉及一種將具有內表面的連續(xù)攪拌罐反應器(cstr)轉化為固定膜、固定取向、固定床厭氧消化反應器的方法，所述方法包括在所述cstr內安裝根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的插件。安裝步驟可包括將所述一個或多個擋板緊固到cstr的內表面的一個或多個位置。緊固可借助螺栓和螺母進行。緊固也可通過焊接進行。安裝步驟可包括首先將插件插入并使之配合在cstr中，以及其次安裝(即可移除地連接)所述多個生物膜載體。因此，插件和生物膜載體的安裝可在其中安裝包含生物膜載體的插件的一個步驟中進行，或者可在其中在插入插件后安裝生物膜載體的兩個分開的步驟中進行。插件和生物膜載體可以可移除地連接，意味著可以以使得它們可在后來被移除以便檢查或維護的方式連接。在其他實施方案中，所述方法還包括在插件內生長生物膜。在第七個方面，本發(fā)明涉及一種對根據(jù)本發(fā)明的第五個方面的方法改型的cstr進行維護的方法，所述方法包括：臨時中斷經(jīng)改型cstr的正常運行；移除插件的至少一部分；和重新安裝插件的所述至少一部分。插件的至少一部分被可移除地連接以便其可在安裝后容易地移除。按照根據(jù)第七個方面的方法對其進行維護的生物反應器可包含根據(jù)第一個方面的插件。在又一個方面，本發(fā)明涉及一種對根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的生物反應器進行維護的方法。在一些實施方案中，所述插件的至少一部分為插件的至少一個隔室。插件的所述至少一部分可為插件的至少一個區(qū)段。插件的所述至少一部分可為插件的隔室內的一個或多個生物膜載體。在第八個方面，本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的生物反應器用來生產(chǎn)生物氣如生物甲烷的用途。在第九個方面，本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的生物反應器用來快速測定原料的生物甲烷潛力的用途。在第十個方面，本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的生物反應器用來生產(chǎn)由承載于生物膜上的微生物產(chǎn)生的產(chǎn)物的用途。所述產(chǎn)物可為化學或生物產(chǎn)物，如有機酸、氫氣、藥理或發(fā)酵產(chǎn)物。所述生物反應器適合用于生產(chǎn)可從由插件和/或生物膜載體限定的流動路徑受益的產(chǎn)物。在第十一個方面，本發(fā)明涉及一種原料在根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的生物反應器中好氧或厭氧消化的方法，所述方法包括：向生物反應器的隔室中進給原料；通過使原料以足以消化原料的停留時間穿過生物反應器的隔室來消化原料。隔室可含生物膜載體，所述生物膜載體已被預先接種以獲得具有合適的細菌聚生體的生物膜。所述細菌聚生體可為產(chǎn)甲烷細菌的聚生體。原料可在每一個隔室之間混合或至少部分地混合。為了形成進給梯度，原料可在橫跨生物反應器的若干隔室處同時進給。原料可部分地或完全地再循環(huán)通過生物反應器。原料可在生物反應器的隔室之間部分地再循環(huán)。原料可以通過生物膜載體的基本層流的方式在厭氧條件下消化以生產(chǎn)生物甲烷，水力停留時間為120小時或更少，同時保持通過生物反應器的至少0.0002m/s的流速和/或至少5.0升/升消化器容積/天的產(chǎn)氣速率。原料可具有至少20.0g/l、如至少30.0g/l、至少35g/l、至少40g/l或至少50g/l的化學需氧量(cod)或者其中原料具有20-300g/l、30-300g/l、40-300g/l、50-300g/l、75-300g/l、100-300g/l、如25-250g/l、30-200g/l、35-150g/l、40-150g/l、50-150g/l或如20-125g/l、30-100g/l、30-75g/l、30-50g/l、35-75g/l、40-100g/l、50-175g/l、50-200g/l的cod。原料可在30至55℃之間、37至53℃之間、如37至48℃之間、如37至40℃之間、如40至44℃之間、如44至48℃之間、如48至53℃之間的溫度下消化。原料可在6.6至8.5之間、如6.8至7.4之間、如7.0至7.4之間、如7.0至7.2之間的ph下消化。在一些實施方案中，通過再循環(huán)和/或通過加入ph調節(jié)劑如氨來調節(jié)ph。ph也可通過其他堿性或酸性調節(jié)劑和/或通過使用緩沖溶液來調節(jié)。停留時間少于110小時，如少于100小時、少于90小時、少于80小時、少于75小時、少于60小時、少于50小時或少于40小時或者其中所述停留時間為20-120小時、30-120小時、40-120小時、50-120小時、75-120小時、100-120小時或如50-110小時、50-100小時、50-75小時。在一些實施方案中，流速為至少0.00025m/s，如至少0.0005m/s、至少0.00075m/s、至少0.001m/s、至少0.0025m/s、至少0.005m/s或至少0.0075m/s，或者其中所述流速為0.0002-0.015m/s，如0.0002-0.0125m/s、0.0002-0.01m/s、0.0002-0.0075m/s、0.0002-0.005m/s或如0.00025-0.01m/s、0.0005-0.01m/s、0.00075-0.01m/s、0.001-0.01m/s、0.0025-0.01m/s、0.005-0.01m/s或0.0075-0.01m/s。產(chǎn)氣速率為至少6.0升/升消化器容積/天，如7.0升/升消化器容積/天，至少8.0升/升消化器容積/天、9.0升/升消化器容積/天、至少10.0升/升消化器容積/天，如至少12.5升/升消化器容積/天、至少15升/升消化器容積/天或至少20升/升消化器容積/天和/或其中所述產(chǎn)氣速率為5.0-20升/升消化器容積/天，如6.0-20升/升消化器容積/天、7.0-20升/升消化器容積/天、8.0-20升/升消化器容積/天、9.0升/升消化器容積/天或10-20升/升消化器容積/天。原料可為生物質。在一些實施方案中，生物質選自廢物、污水、糞肥和/或含纖維素、半纖維素、木質纖維素或淀粉的生物質，其選自麥稈、玉米秸稈、甘蔗渣、甜高粱渣或空果串。廢物選自市政固體廢物(msw)、工業(yè)廢物、動物廢物或植物廢物。在一些實施方案中，廢物含有高于7％(重量/重量)、如高于8％(重量/重量)、高于9％(重量/重量)、高于10％(重量/重量)、如7-20％(重量/重量)、8-20％(重量/重量)、9-20％(重量/重量)、10-20％(重量/重量)或15-20％(重量/重量)的總固體水平。生物質已通過水熱預處理、酶法水解和/或好氧消化。本發(fā)明的第一個、第二個和第三個及其他方面、實施方案或項目可各自與任何其他方面、實施方案或項目組合。結合下文描述的實施方案，本發(fā)明的這些及其他方面將是顯而易見并得到闡明的。附圖說明圖1a示出了適于實施本發(fā)明的方法的生物反應器的一個實例。圖1b示出了具有附圖標記的圖1a的生物反應器實例。圖1c示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的插件的一個實施方案。圖1d示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的插件的另一個實施方案。圖1e示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的插件的又一個實施方案。圖2a示出了與圖1中所示相似的生物反應器，但具有更詳細的特征，從而示出了裝有fad插件的cstr罐的示意圖。圖2b示出了具有附圖標記的圖2的生物反應器實例。圖2c示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的插件的區(qū)段。圖3a示出了當在運行中時在生物反應器的一個四分之一區(qū)段中取得的基本流體流動模式，從而示出了通過圖2a和2b中所示生物反應器的四分之一區(qū)段的流動。圖3b示出了當在運行中時在生物反應器的一個四分之一區(qū)段中取得的基本流體流動模式，其中正確示出了多孔管狀生物膜載體，圖3a和3b為橫截面視圖。圖4示出了流體流動模式或路徑的示意圖，即兩個尺寸的fad消化器的示意性頂視圖，示出了不同的室分布、流動模式及循環(huán)流動方向和布局。圖5a和5b示出了為生物膜中生物質積聚提供多個“方向”的多孔基質。圖6和圖7示出了實驗室規(guī)模測試裝置的兩個實施方案的示意圖。圖8示出了“充分混合的”級聯(lián)cstr的理想停留時間分布(rtd)結果。n＝物質的反應器的次序。圖9示出了來自亞甲藍通過三個連續(xù)的fad消化器的停留時間分布分析rtd圖的實驗結果。圖10示出了使用表2中所述的lof進料在實施例1中描述的fad系統(tǒng)為期95天的生物膜構建過程中的產(chǎn)氣量(菱形)和進給速率(圓圈)，進給速率單位為升每天。圖11示出了fad被加載以msw的液化有機級分的過程中cod去除和hrt對時間的關系。圖12示出了附著有生物膜的生物膜載體的照片。圖13示出了快速溫度狀況變化過程中的連續(xù)運行，即在嗜熱和嗜溫溫度范圍之間過渡的過程中每升53gcod/l進料產(chǎn)生的氣體對時間的關系。圖14示出了在91小時hrt下及向7.5l消化器中進給2l進料/天時的長時間穩(wěn)定fad運行，示出了產(chǎn)生的氣體(201)和進給的進料(202)。圖15示出了在91小時hrt下長時間運行的過程中穩(wěn)定的cod轉化效率。圖16示出了流出物的vfa和cod含量對時間(天)的關系。圖17示出了同一消化器中消化器vfa濃度對cod轉化效率的關系。圖18示出了生物膜長時間暴露于大氣氧之前和之后的生物氣產(chǎn)量。圖19示出了來自進給到fad消化器的木質纖維素稀酒糟的產(chǎn)氣量，即來自進給到fad消化器的第二代生物乙醇生產(chǎn)的稀酒糟的產(chǎn)氣量。圖20示出了來自進給到fad消化器的豬糞肥的產(chǎn)氣量。圖21示出了通過沖擊試驗的產(chǎn)氣量。圖22比較了單個進料點的產(chǎn)氣量和多個進料點的產(chǎn)氣量(系列1)和底物。具體實施方式在一些實施方案中，本發(fā)明提供了一種厭氧消化生產(chǎn)生物甲烷的方法，其包括以下步驟：-向固定膜、固定取向、固定床生物反應器系統(tǒng)中引入具有至少30.0g/l的cod含量的底物原料，其中固定化基質的特征在于包含多個支承生物膜的豎直取向多孔管狀載體，并且其中在管狀載體的上開口上方和下開口下方均提供混合區(qū)，和以保持通過管狀載體的基本層流的方式進行原料的厭氧消化，水力停留時間為120小時或更少，同時保持至少0.0002m/s的流速和至少5.0升/升消化器容積/天的產(chǎn)氣速率，以及在每一個混合區(qū)內混合。在一些實施方案中，本發(fā)明提供了一種厭氧消化生物反應器，其包含具有多個內部豎直生物膜載體隔室的圓柱形罐，所述載體隔室由由耐腐蝕且液體不滲透的材料制成的擋板或壁限定，所述擋板或壁在頂部處開放，其中在每一個載體隔室中，在底部處一側上包含縮短的壁或下溢孔，其用作進入另一載體隔室的開口，由此，流體流可被引導通過后續(xù)隔室，并且其中多個載體隔室還在頂部處、在不同于在底部處含有縮短的壁或下溢孔的側的一側上包含縮短的壁或上溢孔，其用作進入另一載體隔室的開口，由此，流體流可被引導通過后續(xù)隔室，所述生物反應器任選地還包含旋轉刮刀，當處于關閉位置時其適于在位于載體隔室的最下邊緣下方的沉積區(qū)中限定密封區(qū)段，或當處于打開位置時其適于允許沉積固體的移除。在一些實施方案中，本發(fā)明提供了一種用于將連續(xù)攪拌罐反應器(cstr)轉化為固定膜、固定取向、固定床厭氧消化反應器的插件，其包含：-由耐腐蝕且液體不滲透的材料制成的互連擋板，其限定多個在頂部處開放的豎直生物膜載體隔室，每一個載體隔室在底部處一側上具有縮短的壁或下溢孔，其用作進入另一載體隔室的開口，由此，流體流可被引導通過后續(xù)隔室，并且大多數(shù)載體隔室在頂部處、在不同于在底部處含有縮短的壁或下溢孔的側的一側上具有縮短的壁或上溢孔，其用作進入另一載體隔室的開口，由此，流體流可被引導通過后續(xù)隔室。在一些實施方案中，本發(fā)明提供了一種將cstr罐轉化為固定膜、固定取向、固定床厭氧消化反應器的方法，其包括以下步驟：-組裝由耐腐蝕且液體不滲透的材料制成的互連擋板的插件，所述互連擋板限定多個在頂部處開放的豎直生物膜載體隔室，每一個載體隔室在底部處一側上具有縮短的壁，其用作進入另一載體隔室的開口，由此，流體流可被引導通過后續(xù)隔室，并且大多數(shù)載體隔室在頂部處、在不同于在底部處含有縮短的壁的側的一側上具有縮短的壁，其用作進入另一載體隔室的開口，由此，流體流可被引導通過后續(xù)隔室，-將插件安裝于經(jīng)改型或未經(jīng)改型cstr罐內，-在安裝到cstr罐中之前或之后，給由插件限定的載體隔室裝上多個多孔管狀載體，和-在載體上養(yǎng)育生產(chǎn)性生物膜。在一些實施方案中，本發(fā)明提供了用來快速測定受試底物的生物甲烷潛力的方法和實驗室規(guī)模裝置。通過在固定膜、固定取向、固定床厭氧消化系統(tǒng)中保持非常高的生物氣產(chǎn)生速率，生物膜可保持在優(yōu)異的生產(chǎn)條件下而不會有過度的生物質積聚和相關的堵塞問題。通常，生物氣流量應保持在至少5.0升總氣體/升消化器容積/天(l/l/d)或至少6.0l/l消化器容積/天或至少7.0或至少8.0或至少9.0下。為了取得這樣的高產(chǎn)氣量，經(jīng)處理的廢物流通常具有至少30.0g/l或至少40.0g/l或至少50.0g/l的高cod含量。進料流中cod含量的范圍通常介于20.0g/l和300g/l之間。此上下文中的總氣體指既包含二氧化碳又包含甲烷的混合產(chǎn)物氣體。cod含量通過本領域熟知的硫酸亞鐵銨法測定并以mg/l或g/l表示。高cod/高固體廢物流通常與高含量的未溶解固體有關。合適的生物反應器通常應適于處理至少3.0g/l、或5.0g/l、或7.0g/l、或8.0g/l、或10.0g/l、或15.0g/l、或20.0g/l、或25.0g/l、或30.0g/l、或35.0g/l、或40.0g/l、或45.0g/l、或50.0g/l、或55.0g/l、或60.0g/l的未溶解固體。在固定膜、固定取向、固定床系統(tǒng)中應對具有高含量的未溶解固體的進料流的厭氧消化的一種方法是通過使用豎直取向的固定化基質。豎直取向基質中的未溶解固體只沿流動路徑沉淀。在一些實施方案中，沉積顆粒可被引導到沉積區(qū)中，在這里，顆?？杀粺o害地收集。在一些實施方案中，本發(fā)明提供了固定膜、固定取向、固定床厭氧消化生物反應器，其包含多個適于容納生物膜載體基質的隔室，每一個隔室或大多數(shù)隔室與沉積區(qū)相關聯(lián)。“沉積區(qū)”指位于生物反應器罐底部與載體隔室的最下邊緣之間的自由空間，其通常設置在顯著高于罐底部之處。在運行中，管狀生物膜載體通常設置在載體隔室內以便載體的下開口位于顯著高于載體隔室的最下邊緣之處。載體隔室的最下邊緣又通常設置在生物反應器罐內顯著高于罐的物理底部之處-取決于消化器的尺寸，通常在15cm和500cm之間或50cm和1000cm之間。在一些實施方案中，本發(fā)明的生物反應器配備有消化器底部刮刀裝置，其適于將有效消化器空間底部處的沉積區(qū)中形成的沉積物輸送到污泥泵系統(tǒng)中。以這種方式，自沉積區(qū)回收的沉積物可被再引入到消化器進料流中。這有助于通過將未溶解固體的實際停留時間與進料輸入的總水力停留時間分開而延長未溶解固體暴露于活性生物甲烷生產(chǎn)微生物的時間。換句話說，從進料流沉淀出的未溶解固體可被再循環(huán)而不延長原本短的水力停留時間。這通常改善產(chǎn)氣量，并且與標準cstr系統(tǒng)形成鮮明對比，在標準cstr系統(tǒng)中，水力停留時間適用于整個進料流，包括溶解和懸浮的固體。圖1a示出了適于實施本發(fā)明的方法的生物反應器的一個實例。該反應器為300升cstr罐，其已用限定內部生物膜載體隔室的互連擋板系統(tǒng)改造。如圖所示，罐被分成相等高度和大致相等橫截面積的隔室。這將確保均勻的流體流動通過反應器。在此實例中，圓柱形罐裝有由耐腐蝕且液體不滲透的材料形成的內部隔室。內區(qū)段包含4個四分之一圓筒隔室，這些隔室具有基本相等的橫截面積。外區(qū)段包含彎曲的外壁，其限定圓柱形空間和梯形隔室，該梯形隔室具有一個由來自內區(qū)段的四分之一圓筒隔室的外表面形成的彎曲表面并具有一個由外區(qū)段的彎曲外壁形成的彎曲表面。如圖所示，隔室起到容納多孔管狀生物膜載體的作用。在運行中，載體被設置在隔室的頂壁下方并且底壁上方的一定水平處。圖1b示出了生物反應器40，其為圖1a的生物反應器。生物反應器40已用限定內部生物膜載體隔室42的互連擋板41、45、46的系統(tǒng)改造。如圖所示，罐被分成相等高度和大致相等橫截面積的區(qū)段43。所有四個區(qū)段均容納相似尺寸的擋板。在此實例中，全擋板45具有54cm的高度80、低擋板41(即，具有48cm的高度81的具有上溢孔的擋板)、高擋板46(即，具有51cm的高度82的具有下溢孔的擋板)。隔室42容納多孔管狀生物膜載體44。多孔管狀生物膜載體44具有35cm的高度83。圖1c示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的插件的一個實施方案。圖1c示出了用于改型罐式反應器13的插件，所述插件包含一個擋板1，其限定兩個開放的隔室2和3。包含的擋板具有開放的邊緣21，其限定下溢孔22。通過開口32(如入口)引入的流體被迫使向下流向下溢孔22并流動通過下溢孔22，并且最終向上流向上溢孔或其他的開口33(如出口)。圖1d示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的插件的另一個實施方案。圖1d示出了插件14，其包含兩個由連續(xù)封閉側壁4界定的隔室6和7，連續(xù)封閉側壁4是彎曲的并圍繞擋板5。擋板5具有開放的邊緣23，其相對于連續(xù)封閉側壁4的高度24錯位。當插入反應器中時，所述流遵循如圖1c中所示的路徑。圖1e示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的插件的再一個實施方案。圖1e示出了插件15，其包含兩個擋板11和12及三個開放的隔室8、9和10。兩個擋板11和12的開放的邊緣25和26相對于彼此錯位，以便在流體流動通過插件時，其將流動通過由開放的邊緣25限定的下溢孔，并且流向和流動通過由開放的邊緣26限定的上溢孔。圖2a示出了與圖1a中所示相似的生物反應器，但具有更詳細的特征。消化器布置在四個四分之一區(qū)段中，其中內區(qū)段的每一個四分之一圓筒隔室與外區(qū)段的三個梯形隔室相關聯(lián)。此方案是有利的，因為其可簡單地組裝成插件，該插件可然后裝入更大的罐如cstr罐中。外區(qū)段的隔室只因為四分之一區(qū)段的幾何形狀和外區(qū)段分成為三個隔室而變?yōu)樘菪?。在用于cstr的較大規(guī)模插件中，可包含一個或多個另外的外區(qū)段，從而具有另外的隔室。圖2b示出了生物反應器47，其為圖2a的生物反應器。生物反應器47布置在四個四分之一區(qū)段48中，其中內區(qū)段49的每一個四分之一圓筒隔室與外區(qū)段的三個梯形隔室50相關聯(lián)。對于每一個外區(qū)段，流體流遵循箭頭51、52和53的方向。流動模式因此被引導為遵循箭頭51的上溢至下溢、或箭頭53至如箭頭52所示上溢的方向。刮刀54防止或減少相鄰區(qū)段之間的短路。處于區(qū)段密封位置中的刮刀將確保沒有液體通過或減少流體在區(qū)段之間的通行，即便共用沉積空間。沉積區(qū)55位于生物反應器47的底部處。圖2c示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的插件的區(qū)段。圖2c示出了具有互連擋板16、17、18和19的插件20的一個區(qū)段。所述擋板為全擋板16、兩個低擋板17和18及高擋板19。插件20具有內或內部區(qū)段27和外或外部區(qū)段28。外區(qū)段28在擋板16和18之間包含三個由擋板17和19限定的開放的隔室29、20和31。插件20迫使按箭頭36的方向插入?yún)^(qū)段27中的流體向下流向通往隔室29的下溢孔，然后向上流向通往隔室30的上溢孔。在隔室30中，流體向下流向通往隔室31的下溢孔并按箭頭34和35的方向向上流回到區(qū)段27中或按箭頭35的方向流出該區(qū)段和插件。流體流由上溢孔和下溢孔的系統(tǒng)引導著依次通過每一個四分之一區(qū)段內相繼的載體隔室。為每一個四分之一區(qū)段提供再循環(huán)抽吸泵。這些泵適于從四分之一區(qū)段的流動序列內(其中豎直流動方向向上)的最后一個隔室的頂部抽出流體。該移除的流體然后被再引入到四分之一區(qū)段的流動序列內的第一隔室。再循環(huán)流可從該隔室中的液體表面上方引入，從而主動地增強引入再循環(huán)流的室中的混合。流入的進料流與再循環(huán)流混合。這又驅動流動通過反應器的流體-引入的進料流的凈體積驅動通過反應器的凈流量。進料入口將與再循環(huán)流出物混合的進料流引入到內區(qū)段的一個四分之一圓筒隔室中。該隔室的彎曲的壁在底部處縮短，為流體流入外區(qū)段第一梯形隔室的底部中提供了一個開口。該縮短的壁是取得下溢孔的一個裝置，意味著在隔室底部處有開口，其允許流體流入相繼的隔室中。類似地，隔室頂部處縮短的壁是取得上溢孔的一個裝置，由此流體流動被引導進入相繼的隔室中?；蛘?，下溢孔或上溢孔可簡單地為在否則完整無缺的壁中的開口。然而，這種布置將增大溝流的風險。在運行中，管狀生物膜載體通常被設置在隔室中使得管狀載體的最下開口處于下溢孔上方的高度(即，在底部的縮短的壁的最下表面的上方)的水平處，對應于載體的主要流體通道的直徑的2-10倍之間。類似地，管狀載體的最上開口處于上溢孔下方的高度處(即，在頂部的縮短的壁的最上表面的下方)，對應于載體的主要流體通道的直徑的2-10倍之間。這種布置使得在所述流進入生物膜載體中或從生物膜載體中出來時溝流的風險最小化，并還在載體的最上開口的上方和最下開口的下方限定混合區(qū)。物理載體隔室自身設置在生物反應器罐內使得隔室的最下邊緣在生物反應器罐的物理底部上方的水平處。載體隔室的最下邊緣下方的開放空間限定一個沉積區(qū)，其中可積聚沉積的顆粒。圖2a中示出的實施方案還配備有旋轉刮刀，其具有四個臂，每一個臂在關閉位置時通過密封載體隔室的最下邊緣與罐的底部之間的間隙而使得圓柱形罐的兩個四分之一區(qū)段之間流體緊密密封。此流體緊密密封確保沉積區(qū)內的流體不會在反應器的四分之一區(qū)段之間橫向流動?？啥ㄆ谑褂眯D刮刀來迫使沉積物進入沉積物出口中，沉積物可從這里被泵送和再循環(huán)到進料流中。與再循環(huán)液體混合的進料流進入內區(qū)段的第一隔室，沿向下的豎直方向行進通過生物膜載體，然后通過下溢孔進入外區(qū)段的梯形隔室中。通過第二隔室中的生物膜載體的流體流被迫使變?yōu)橄蛏系呢Q直方向。在此第二隔室的頂部處，流體流通過上溢孔進入第三隔室中。在這里，流體流再次被迫使改變豎直方向為向下豎直流動通過第三隔室。這樣，流動被迫使進入交替向下和向上方向的模式并依次通過反應器的每一個隔室，直至其到達序列的最后一個隔室，該最后一個隔室裝配有流出物出口，此出口位于隔室的頂表面與對應于上溢孔的底部的水平面(即隔室頂部處縮短的壁的最上表面)之間的中間水平處。這將確保流出物在重力作用下被逐出。在一些實施方案中，每一個四分之一區(qū)段內的流被連續(xù)地再循環(huán)。引入的進料流的體積確保在四分之一區(qū)段之間依次具有凈位移并通過流出物出口流出，盡管在每一個四分之一區(qū)段內連續(xù)地再循環(huán)。在經(jīng)由下溢孔流體連通的兩個隔室的底部處生物膜載體的最下開口下方的區(qū)域提供一個混合區(qū)。類似地，在經(jīng)由上溢孔流體連通的兩個隔室的頂部處生物膜載體的最上開口上方的區(qū)域限定一個混合區(qū)。在一些實施方案中，通過豎直流動方向從向下向向上的被迫改變來在運行過程中于混合區(qū)內實現(xiàn)混合。因為是在沒有攪動的情況下實現(xiàn)的流體流動通過反應器，故通過管狀生物膜載體的流基本上是層流的。此外，在沒有攪動的情況下，未溶解的顆粒將順著管狀生物膜載體的主要豎直流體通道沉淀并進入沉積區(qū)中。圖3a中示意了在運行中時圖2a中所示生物反應器的一個四分之一區(qū)段中獲得的基本流體流動模式。注意，隔室和開放空間的相對尺寸未按比例繪制，故該示意僅是粗略的。如圖所示，向下的豎直流動被引導通過四分之一區(qū)段(b)中的第一隔室，以活塞流穿過管狀生物膜載體。在沉積區(qū)中形成沉積物，該沉積區(qū)具有區(qū)段的所有隔室所共用的開放空間。污泥刮刀(d)密封載體隔室的最下邊緣與罐的底部之間的空間，防止流體在生物反應器罐的四分之一區(qū)段之間沿底部流動。通過第一隔室的向下的流變?yōu)橥ㄟ^第二隔室的向上豎直的流。第一和第二隔室的底部處縮短的壁提供一個下溢孔。在管狀生物膜載體的下開口的下方的開放空間中提供一個混合區(qū)。位于區(qū)段的流動序列中的最后一個室中的再循環(huán)泵的抽吸作用起到牽引流動的作用。在底部處的混合區(qū)中實現(xiàn)溫和的混合。通過第二隔室的向上豎直的流變?yōu)橥ㄟ^第三隔室的向下豎直的流。第二和第三隔室的頂部處縮短的壁提供一個上溢孔。在管狀生物膜載體的上開口的上方的開放空間中提供一個混合區(qū)。位于區(qū)段的最后一個室中的再循環(huán)泵的抽吸作用起到牽引流動的作用。在頂部處的混合區(qū)中實現(xiàn)溫和的混合。通過第三隔室的向下豎直的流變?yōu)橥ㄟ^第四隔室的向上豎直的流。第三和第四隔室的底部處縮短的壁提供一個下溢孔。如圖3a中一樣，圖3b示出，向下的豎直流動被引導通過四分之一區(qū)段56中的第一隔室，以活塞流穿過管狀生物膜載體57。在沉積區(qū)中形成沉積物，該沉積區(qū)具有區(qū)段的所有隔室所共用的開放空間。污泥刮刀58密封載體隔室的最下邊緣與罐的底部之間的空間，防止流體在生物反應器罐的四分之一區(qū)段之間沿底部流動。圖4示出了通過在圖2a中描述的生物反應器和尺寸放大至1000m3的類似生物反應器的載體隔室之間的交替下溢孔和上溢孔(即，交替的向上和向下的豎直流)的流體流動模式示意圖。該頂視圖示出了室分布、具有上溢和下溢的流動模式以及循環(huán)流動方向和位置。兩個實例均為裝了本發(fā)明的插件的cstr罐，其中載體隔室被填充以管狀生物膜載體。在圖4中，針對兩種不同類型的反應器：62為fad0.3m3、63為fad1000m3，流動以根據(jù)箭頭59的上溢、根據(jù)箭頭60的下溢和根據(jù)箭頭61的循環(huán)方向和位置示出。在實施方案如圖2a和圖4中所描述的那些中，在運行中，通過上混合區(qū)的液體流由載體隔室的高于液面的壁限定。通過下混合區(qū)的液體流不受隔室壁或擋板限制。相反，在底部處從一個隔室流出的液體將被抽吸到通過下一隔室的上行流中。在載體隔室的最下邊緣下方的沉積區(qū)是載體隔室的最下邊緣與消化器罐底之間從最下室壁到消化器罐底的一個共用空間。離開四分之一區(qū)段的流動序列中的第一隔室中的生物膜載體的液體流將向消化器罐底行進。由于流動序列中的第二隔室中的抽吸將移除第二隔室中生物膜載體下方的液體，故相等體積的液體將從通過第一和第二隔室之間的下溢孔的液體由最小阻力路徑而替代。無論進入第二隔室的液體是否直接從第一隔室行進到第二隔室或者其是否穿過消化器罐底處的沉積區(qū)的一些部分，進入第二隔室中的生物膜載體的液體都將已在從第一隔室的出口到第二隔室的進口之間被混合。不隨液體流動通過隔室的沉積顆粒將被允許收集在罐底直至消化器底部刮刀將它們輸送到沉積物移除。在四分之一區(qū)段的流動序列中的第二和第三隔室的頂部處的混合區(qū)內將發(fā)生類似的混合。由于流動序列中的第三隔室中的抽吸將移除第三隔室中生物膜載體上方的液體，故相等體積的液體將從通過第二和第三隔室之間的上溢孔的液體由最小阻力路徑而替代。交替向上和向下豎直通過四分之一區(qū)段中相繼的隔室的模式因此實現(xiàn)了兩個相鄰隔室之間在生物膜載體上方的混合區(qū)以及在生物膜載體下方的混合區(qū)二者中的混合。在實施本發(fā)明的方法時，在固定膜、固定取向、固定床系統(tǒng)中用來支承生物膜的載體基質理想地是管狀且多孔的。如本文所用，術語“管狀”指限定一個或多個中心通道的結構，當流體以直立的豎直取向置入時其將在重力的作用下沿一個方向流動通過該結構。管狀基質可具有一個或多個中心通道，這些中心通道具有不規(guī)則的、矩形的或甚至三角形的橫截面幾何形狀。然而，管狀基質優(yōu)選為圓柱形，即，具有一個或多個具有圓形橫截面幾何形狀的中心通道。圓柱形幾何形狀是優(yōu)選的，因為流體通道中拐角的存在將產(chǎn)生流動受限的凹穴。這又往往促進生物質的積聚，甚至是受限流動區(qū)域中的沉積，從而減少生物膜的活性表面，并還增大溝流效應的風險。生物膜載體基質優(yōu)選是多孔的。術語“多孔”指在通道形成表面上具有開口的載體基質，所述開口可為扭轉或外翻表面之間形成的開口。光滑表面基質，例如escudie等人(2011年)使用的cloisonyltm管，僅允許生物質在生物膜中一個可能的“方向”-向著生物膜載體的流體通道堵塞的方向積聚。相比之下，如圖5b中所示，多孔基質提供了生物質在生物膜中多個積聚的“方向”，并往往促進其中膜的表面積對體積比率最大化的較薄膜中的生長。圖5a示出了光滑表面的生物膜載體與帶螺紋的波紋面生物膜載體，其中光滑表面生物膜載體64負載附著于光滑表面的脆弱生物膜65，即生物膜65可被容易地撕下。多孔生物膜載體66具有由螺紋材料構成的載體壁67。生物膜68附著于螺紋的所有表面。如果在管中向內指向的生物膜被撕掉，則附著于螺紋的其他維度的生物膜將保持附著，從而能夠再生被沖失的生物膜。在一些實施方案中，多孔生物膜載體基質具有60m2/m3至300m2/m3之間或80m2/m3至200m2/m3之間或90m2/m3至150m2/m3之間的總表面積對體積比率。載體基質的總表面積對體積比率由通過其最外邊界限定的通道形成基質的標稱總體積和在生物膜積聚之前基質的裸露表面積來定義。在一些實施方案中，生物膜積聚之前多孔生物膜載體基質的中心通道占橫截面積的百分數(shù)介于40％和80％之間，或介于50％和70％之間，或介于60％和65％之間。在一些實施方案中，多孔生物膜載體基質的總體積中的空隙體積的百分數(shù)介于50％和90％之間，或介于60％和88％之間，或介于72％和82％之間。在一些實施方案中，多孔圓柱形生物膜載體基質的管直徑介于0.030m和0.080m之間，或介于0.036m和0.070m之間，或介于0.04m和0.055m之間。用作固定化基質的合適材料可包括聚乙烯、聚丙烯、尼龍、陶瓷和耐酸堿腐蝕并將允許細菌胞外聚合物附著于載體的大多數(shù)其他材料。在一些實施方案中，使用包含網(wǎng)格的基質，其中所述網(wǎng)格形成為管并且其中所述網(wǎng)格限定總體積的外周緣。在一些實施方案中，所述網(wǎng)格由具有表面粗糙度的交織在一起的擠出聚乙烯線形成。載體線的粗糙度將促進微生物附著，因為其具有其中微生物可附著的小裂隙和孔。與具有光滑表面的生物膜載體相比，網(wǎng)格還將賦予生物膜復原性以在普通剪切力下消除附著。當生物膜載體由粗糙的網(wǎng)格形成時，高的流速不太可能增大生物膜破壞的風險和相關的堵塞風險。一種適于用作通過網(wǎng)格形成的生物膜載體的市售材料為exponettm所提供的各種形式的biobloktm，包括bioblok80tm、bioblok100tm、bioblok150tm、bioblok200tm和bioblok300tm。本發(fā)明的方法使用多個豎直取向的多孔管狀載體支承生物膜來實施。為了發(fā)育出適于實施本發(fā)明的方法的生物膜，可使用本領域已知的啟動和引發(fā)程序，包括但不限于hickey等人1991年所描述的那些。載體上形成的生物膜內微生物的細胞密度通常可達到比在cstr液體空間中可取得的高一個數(shù)量級的水平。參見langer等人(2014年)。發(fā)育出具有高的古菌對細菌相對比例的生物膜是有利的。這通?？赏ㄟ^使用高vfa進給來實現(xiàn)，如hickey等人1991年所述，其中在啟動進料流中來自vfa的cod為至少20g/l。還有利的是在啟動進料流中使用高的cod有機負荷，其中總cod為至少30g/l或介于35-150g/l之間，并且其中有機負荷被帶至至少50g/l消化器容積/天的水平。生物膜有利地具有至少25％、或至少30％、或至少31％、或至少32％、或至少33％、或至少34％、或至少35％、或至少36％、或至少37％、或至少38％、或至少39％、或至少40％、或至少41％、或至少42％、或至少43％、或至少44％、或至少45％、或至少46％、或至少47％、或至少48％、或至少49％、或至少50％的產(chǎn)甲烷古菌對細菌相對比例。在生物膜樣品中，生物膜中古菌對細菌的相對比例通過在dgge凝膠中比較使用gantner等人(2011年)所報道的普適16srrna和古菌特異性16srrna引物的16srrna聚合酶鏈反應(pcr)的產(chǎn)物來測定。在含多個載體的生物反應器中，理想的是在載體的上開口上方和下開口下方存在“混合區(qū)”，其中“開口”指流體流通過其在限定通道的管狀結構的底表面處出現(xiàn)的中心通道。“混合區(qū)”指開放的空間，在其中可在載體通道空間之外實現(xiàn)混合，在載體通道空間中流體流應基本上是層流的并因此基本上不混合，除了在生物膜表面處的一些返混之外。當相應的雷諾數(shù)為3200或更低時，流動被說成是基本是層流的。如本領域所熟知，雷諾數(shù)為用來預測限定的物理約束內的流動模式的無量綱參數(shù)。在限定的流動條件下，雷諾數(shù)從慣性力對粘性力的比值計算。例如，在流體流動通過管的具體情況下(這與流體流動通過具有圓柱形幾何形狀的管狀生物膜載體的中心通道類似)，雷諾數(shù)定義為q*dh/va，其中q指體積流量，單位為m3/s，dh指水力直徑，意思是由管狀載體限定的通道的有效內直徑，v為運動粘度，單位為m2/s(以流體粘度(單位kg/m*s)與其密度(單位kg/m3)之比計算)，a為通道的內直徑的有效橫截面積，單位為米(m)。通過在適當溫度下使用水的運動粘度，可在厭氧消化進料流的任何給定的流動環(huán)境下計算可能的雷諾數(shù)的上限，因為對于高固體進料流來說這總是小于對應的值。通常，通過管狀載體的流動將保持基本上層流的，只要通過每一個載體的流速不會產(chǎn)生高于3200的雷諾數(shù)。流動被說成是基本上層流的，意思是流動模式預期是層流的，然而，由于生物氣產(chǎn)生或其他原因，可能會發(fā)生一些返混。為了取得均勻的流體速度分布和基本上以層流流動通過管狀載體，總載體橫截面積將受室尺寸的限制。通過本發(fā)明的系統(tǒng)的流速由載體隔室的尺寸與循環(huán)泵的容量之間的相互關系確定。本發(fā)明的生物反應器通常允許一個循環(huán)泵循環(huán)許多隔室。隨著消化器尺寸和消化容量增大，載體隔室數(shù)增加。在一些實施方案中，通過本發(fā)明的生物反應器的流動控制可描述如下。為了確保圖2a和圖4中所示實施方案中通過生物膜載體室和總體上通過整個消化器的正確流動，fad生物反應器的四個四分之一區(qū)段中的每一個由一個循環(huán)泵循環(huán)。循環(huán)系統(tǒng)因此包含4個等價的液體循環(huán)泵，其控制四分之一區(qū)段內載體隔室之間的循環(huán)。循環(huán)起到兩個目的：確保正確的流速通過生物膜載體和以足夠的頻率將剛剛通過一個載體隔室的生物質再引入順次的下一隔室中。生物反應器中載體隔室的總數(shù)越大，在任何給定的循環(huán)泵流量下生物膜載體中的流速將越高。原理是，每次通過豎直流體屏障將消化器體積分成兩個相等的體積時，消化器體積的每一半中的流速將相對于未分開的消化器體積中的流速加倍，前提條件是流動被迫使沿著兩個半份的豎直高度行進。當消化器體積被等分成x個區(qū)段時，則每一個區(qū)段中的循環(huán)泵流量比通過消化器的總循環(huán)流量快x倍。這使得能夠設計通過每一個室的特定流速并限制必要的循環(huán)泵容量。理想地，循環(huán)泵的容量應足夠以每小時至少兩次地將循環(huán)流再引入到四分之一區(qū)段內載體隔室中的每一個中。在一些實施方案中，再循環(huán)泵的容量足夠以每小時2至30次之間或3至20次之間地將循環(huán)流再引入到四分之一區(qū)段內載體隔室中的每一個中。所需的流速和最小再引入體積要求限定任何給定尺寸的fad消化器的最大和最小循環(huán)泵容量。當進料流被引入到四個四分之一區(qū)段循環(huán)流中的一個或多個中時，進料流有助于整個生物膜載體流速并且在確定正確的循環(huán)泵流動容量時通常應予以考慮。表1：fad消化器的室和循環(huán)泵設計參數(shù)任何尺寸和類型的cstr罐均可裝上插件來取得本發(fā)明的生物反應器。尺寸、循環(huán)流量和室布置將不同并且可適應于每一罐類型，如表1中所述。本領域技術人員將容易理解，除了圖2a和圖4中所示實施方案的四分之一區(qū)段方案之外，還可使用其他隔室化方案。在流體穿過生物膜載體之前和之后均取得流體的混合將是有利的。通過載體中心通道的流通常為活塞流。隨著活塞流的前進，該流將僅在每一個單獨的管狀載體內經(jīng)歷輕微的返混。每一個管將然后經(jīng)歷流動前沿，其特征在于具有不同速度的高斯分布，其中通過通道的中心部分的那部分液體流具有比靠近載體“壁”即靠近生物膜表面的那部分液體流更高的速度。當通過每一個管狀載體的流離開載體時，生物膜表面附近的流的周緣將比通道中心中的流的部分在管中有更長的駐留時間。周緣流將因此比通道中心中的流更有機會與生物膜交換底物和產(chǎn)物。為了避免其中離開一個載體的同一中心流再次進入隔室化生物反應器中的后續(xù)載體的載體通道中心的情況，理想的是，流動的流體在從一個隔室去往另一個隔室時應被混合。在使用本發(fā)明的厭氧消化反應器時，通過生物膜載體的豎直流體流的方向在相繼的生物膜載體隔室之間在“向下”和“向上”之間交替。以向上/向下方向穿過生物膜載體的液體將經(jīng)由水平運動轉移到下一隔室。因此，當向下的流進入生物膜載體的下開口下方的沉積區(qū)時，所述流將被迫使側向通過沉積區(qū)到達相繼的生物膜載體室下的空間。所述流的側向運動(其直至該點已經(jīng)豎直)在液體被迫使向上以活塞流通過相繼的生物膜載體室中的生物膜載體之前取得液體的溫和混合?；旌显诨旌蠀^(qū)中取得，并可通過各種不同的措施來實現(xiàn)。在一些實施方案中，沉積區(qū)自身為混合區(qū)。在一些實施方案中，混合可通過混合泵或攪拌器取得。在一些實施方案中，在生物反應器的一些隔室中，混合可通過從流體表面上方引入進料流和/或再循環(huán)流來實現(xiàn)，由此實現(xiàn)飛濺混合效應。在一些實施方案中，混合簡單地通過迫使流體流進入其被迫使改變其豎直流動方向的空間中來實現(xiàn)。厭氧消化通過本領域熟知的措施進行，但得益于這里給出的新結果。我們已發(fā)現(xiàn)，使用其中使用高vfa進料發(fā)育的生物膜的固定膜、固定取向、固定床系統(tǒng)，厭氧生物膜對cstr系統(tǒng)中通常為毒性的各種現(xiàn)象具有抗性，這些現(xiàn)象包括高鹽含量、高vfa含量和氧氣暴露。此外，并令人驚奇的是，盡管現(xiàn)在普遍認為厭氧消化微生物不能簡單地從嗜溫(35-42℃)快速變換到嗜熱(49-55℃)條件，但操作溫度實際上是可輕易地改變的。參見例如bouskova等人(2005年)和參見li等人(2014年)。我們的結果證實，在固定膜、固定取向、固定床系統(tǒng)中，這樣的快速變換事實上是很容易的。為了取得非常高的總產(chǎn)氣速率，高固體進料流通常在短的水力停留時間(hrt)內處理，如120小時或更短，或100小時或更短，或75小時或更短。此外，為了保持高的總產(chǎn)氣量，保持適當?shù)乜斓牧魉佟Ｈ绫疚乃?，“流速”指通過管狀生物膜載體的流體流的線速度，以米/秒(m/s)表示。流速可通過各種措施來控制，這是本領域技術人員易于理解的。在一些實施方案中，流速由總流入輸入來控制，包括進料流和再循環(huán)二者。例如，當使用經(jīng)隔室化以包含多個其中填充管狀載體支承生物膜的相等大小生物膜載體隔室的反應器來實施本發(fā)明的方法時，流速可近似如下：(1/3600秒/小時)*[以升/小時為單位的總輸入(包括進料流輸入和再循環(huán)流)/以升為單位的總消化器可用內容積(其由消化器罐中的總液體容積減去由管狀載體排代的凈液體容積定義)]*(消化器中液柱的高度，單位m)*(消化器中生物膜載體隔室的總數(shù))。在一些實施方案中，例如，當使用小尺寸反應器作為用于測定受試底物的生物甲烷潛力的實驗室規(guī)模裝置時，應使流速保持在至少0.0002m/s或更高。在1000m3商業(yè)規(guī)模反應器中，流速應保持在至少0.020m/s的遠遠更高的速率下。通常，流速應保持在0.0002m/s至0.08m/s、或0.0030m/s至0.07m/s之間、或0.009m/s至0.05m/s之間的范圍內。本發(fā)明的生物反應器的其他實施方案可具有其他形狀的消化器室。一種這樣的替代室形狀可為矩形形狀的室、圓形室、六邊形或八邊形室。這些室可呈既允許室占據(jù)整個消化器橫截面積又將防止尖銳的流動減慢拐角的任何形狀。沉積物通常具有12-15重量％的干物質，其中“干物質”指總固體，并通常包含生物惰性即不可消化的cod和無機干物質的主要組分，主要是在消化過程中從進料流生物質釋放出的無機物。從這樣的系統(tǒng)獲得的沉積物通常提供良好的肥力，因為其含有來自進料流的大多數(shù)磷含量以及高濃度的含氮化合物和營養(yǎng)鹽。當例如通過傾析、過濾、蒸發(fā)或本領域已知的其他措施進一步脫水時，從這樣的系統(tǒng)獲得的沉積物可具有30-50％的干物質，這將降低當材料被棄去、運送以用作肥料或者焚燒時的處理成本。適于實施本發(fā)明的方法的更小、更簡單的反應器型式可用作用于快速測定受試底物的生物甲烷潛力的實驗室規(guī)模裝置。本領域技術人員普遍接受的是，在長20個星期的實驗室批量測試中測得的生物甲烷潛力不可避免地高估了在商業(yè)規(guī)模cstr系統(tǒng)中實際可取得的產(chǎn)率。通常，這些實驗室數(shù)字在商業(yè)預期的計算中減少20％。然而，與批量cstr測試相比，本發(fā)明的固定膜、固定取向、固定床系統(tǒng)提供了幾乎近似于在商業(yè)規(guī)模上使用這些系統(tǒng)可取得的產(chǎn)率的實驗室規(guī)模上生物甲烷潛力估計。此外，與耗時的cstr批量測試不同，使用本發(fā)明的系統(tǒng)進行生物甲烷潛力測試可在一個星期內就提供準確的測量值。圖6和圖7示出了實驗室規(guī)模測試裝置的兩個實施方案的示意圖。圖6中所示反應器為在豎直取向的管狀生物膜載體71上方和下方具有混合區(qū)的單個圓柱形罐70。每一個混合區(qū)由具有葉片72的轉子69攪動。罐的液體內容物按循環(huán)流73連續(xù)地再循環(huán)。流入的進料與再循環(huán)的液體混合。外加進料的凈體積決定流出物從系統(tǒng)的凈排放量。圖7中所示的反應器稍微要復雜一些，因為圖6中所示類型的三個單獨的反應器被串聯(lián)組合。因此，圖7示出了類似于三個fad室的串聯(lián)工作臺規(guī)模fad消化器。每一個罐的液體內容物被連續(xù)地再循環(huán)。外加進料的凈體積決定從第一個罐到第二個罐和從第二個罐到第三個罐到流出物的凈排放量。在這種布置中，大部分厭氧消化發(fā)生在第一個罐中，但在該系列的后期罐中取得了良好的收尾(finishing)。這通常模擬商業(yè)規(guī)模工廠的情況。因此，圖7示出了用來生產(chǎn)生物氣的系統(tǒng)(74)，該系統(tǒng)包含：至少一個進料罐(75)以進料給生物反應器；一個或多個互連的生物反應器(77)；至少一個流出物罐(76)以收集來自所述一個或多個互連生物反應器的流出物。實施例實施例1：30升反應器系統(tǒng)的設計設計稱為“快速厭氧消化(fad)”系統(tǒng)的30l生物氣生物反應器系統(tǒng)，其包含進料罐、三個連續(xù)的厭氧消化器和流出物罐。三個連續(xù)的消化器罐中的每一個都裝配有非隨機豎直取向的管狀細菌載體bioblok300tm，其上附著有厭氧生物膜，其進行有機生物質的厭氧降解和隨后向生物氣的轉化。三個連續(xù)的消化器中的每一個具有10l的總液體容積并且該容積中的6l被生物膜載體所占據(jù)。三個連續(xù)的消化器中的每一個寬20cm。內部管狀載體中的每一個長20cm并具有22mm的開口端直徑和32mm的載體外徑。消化器被填充以液體。生物膜載體上方和下方有大約5cm的自由液體。三個消化器中的每一個在生物膜載體上方和下方的無載體液體中裝配有中心軸安裝的螺旋槳式攪拌器。在不存在生物膜的情況下由管狀載體限定的主要流體通道的內徑為2.2cm。三個消化器安裝在不同的豎直位置處，第一個消化器安裝的最高，下一個連續(xù)的消化器比第一個消化器低25cm，最后一個連續(xù)的消化器的安裝位置比第二個消化器低25cm。豎直安裝高度的差異允許液體在重力作用下從第一個消化器流向第二和第三個消化器。所有三個消化器中的液位由載體上方的流出物管限定。當新的進料進入第一個也是安裝的最高的消化器時，該消化器中的液位將升高到流出物管水平面的上方，過量的液體將離開該消化器而進入第二個消化器，其然后將經(jīng)歷液位升高并且來自該消化器的過量液體將然后流向第三個也是最后一個連續(xù)的消化器。來自該消化器的過量液體將流出第三個消化器的流出物管并進入流出物盛放器中。所有三個消化器均在消化器的底部具有循環(huán)流出物管。消化器內容物從流出物管被連續(xù)地抽吸到蠕動循環(huán)泵并通過消化器頂部循環(huán)液體入口管返回到消化器。循環(huán)流率由通過豎直取向生物膜載體的開放直徑的所需流速限定。在液體流進入載體主體之前，循環(huán)的液體在生物膜載體上方由螺旋槳混合，液體流以平推層流通過載體主體。當循環(huán)的液體離開載體區(qū)時，在重復循環(huán)周期之前，其在載體下方由螺旋槳式攪拌器再次混合。在三個消化器的液位上方存在一個頂部空間，所產(chǎn)生的生物氣將收集在這里。所產(chǎn)生的氣體通過連接到氣體流量計的塑料管離開消化器，所述氣體流量計具有10ml的氣體分辨率。產(chǎn)氣量被記錄在控制系統(tǒng)中。消化器內部流動模式內部循環(huán)流可具有至少兩個功能：1.將富含底物的液體再引入到駐留在生物膜載體內部周緣的細菌生物膜。通過安裝生物膜載體使得管的開口端在液體流動方向上，僅以平推層流流動通過載體的液體周緣將與附著于載體的生物膜接觸。由于對于中心液體中的底物來說，循環(huán)流速太高而不能擴散到細菌致密生物膜，故不與生物膜直接接觸或不是非?？拷锬さ牡孜飳⒉粫c固定起來的生物氣細菌相遇。通過混合離開載體區(qū)的液體和混合進入載體區(qū)的液體，將確保再引入物是充分混合的并且在下一活塞流經(jīng)過載體區(qū)的過程中與生物膜緊鄰的液體部分將再次攜帶未降解的底物。2.對抗載體管中的碎片沉積，并幫助沉淀顆粒運送離開生物膜載體區(qū)。當消化器進料含有沉積的顆粒和/或可緩慢降解的膠體顆粒時，存在此類顆粒將堵塞在一起而形成碎屑并產(chǎn)生流動障礙物的風險，該流動障礙物將減慢通過管狀載體的液體流動并破壞活塞流。為了使所有生物膜得到充分利用，所有的管對液體流動來說必須保持開放。如果允許碎屑在某管中沉降，則該管將經(jīng)受比其他管更高的流動阻力，并且液體將停滯而不流經(jīng)該管，因為液體總是選擇更容易的流動通道。這將隨后在載體區(qū)中產(chǎn)生死區(qū)-并且剩余的開放的管中流速將太高，從而縮短底物與細菌之間的暴露時間并使生物膜有著因剪切力而破裂的風險。因此，被運送通過載體區(qū)而不附著到生物膜載體的沉積顆粒將被允許沉積在消化器的底部并與膠體顆粒一道抽吸入循環(huán)管中以與循環(huán)流一起被再引入。這樣就可以使顆粒保持懸浮并允許沉積的顆粒穿過整個系統(tǒng)進入流出物罐中?？刂坪筒僮髟趯M料泵和循環(huán)泵進行脈沖暫停和速度控制下自動運行系統(tǒng)。測量ph、消化器溫度和氣體流量并在線記錄，并可遠程訪問和控制。與vfa(揮發(fā)性脂肪酸)、cod(化學需氧量)、氮和陽離子的分析測量一道使用ph、溫度和氣體流量來監(jiān)測系統(tǒng)健康狀況和為測試的目的提供數(shù)據(jù)。實施例2：在不存在生物膜的情況下的流動試驗為了驗證混合是否適當，通過使?jié)鈦喖姿{染料的脈沖穿過來測量局部循環(huán)和總的活塞流分布，其可在分布于系統(tǒng)中之后用分光光度計測定。rtd分析提供系統(tǒng)中流體和顆粒分布的數(shù)學、圖形和容器方式(wise)的圖。為了取得最佳混合，總系統(tǒng)表現(xiàn)得像真正的活塞流，并且每一個消化器都作為cstr，盡管每一個消化器中都有活塞流區(qū)。如果rtd分析顯示混合不是最佳的，則其應指向最佳解決方案。目視檢查反應器是否正常發(fā)揮功能并向它們中的每一個中填充7.5升自來水。向級聯(lián)的第一個反應器中注入單劑量的亞甲藍至0.0058mm的最終濃度并使用設定于668nm(亞甲藍顯示出最大吸收的波長)下的分光光度計記錄吸光度。然后使用蠕動泵和從頂部向串聯(lián)的第一個反應器中引入恒定流量的水，以便在經(jīng)過2小時時反應器內整個體積被排代。在此過程中，每5分鐘從每一個單獨的反應器的頂部采樣并在分光光度計中測量。然后繪制rtd曲線來驗證系統(tǒng)是否具有適當?shù)幕旌弦约傲鲃邮欠袢珙A期的那樣發(fā)生。將結果與文獻中的相似實驗加以比較。循環(huán)速度設定為0.45每分鐘。從每一個反應器內采樣后不久就進行比色皿和分光光度測量。圖8示出了當所有消化器內的溶液均適當混合時cstr反應器的級聯(lián)的理想行為。來自該rtd分析的實驗結果示于圖9中。理想和經(jīng)驗圖的比較表明，系統(tǒng)的流動行為是適當?shù)?。特別地，當與上一個重疊時，發(fā)生了單個消化器的最大濃度或峰值，表明總級聯(lián)體積在逐漸增加；這是在充分混合的系統(tǒng)中預期的情況。此外，在60分鐘的時間后，所有消化器中染料的濃度按預期的順序緩慢下降，這表明從第一個到最后一個消化器的流量是足夠的，因為染料不會集中在系統(tǒng)的任何消化器的任何特定區(qū)域中。實施例3：消化器接種許多殘余產(chǎn)物生物質含有導致從有機物質厭氧產(chǎn)生生物氣的微生物。在建立不同細菌和古菌的必要濃度時，必須顧及所有微生物的繁殖時間。為了最大限度地減少構建所需生物活性的時間消耗，建議從已經(jīng)具有高濃度的生物氣微生物的生物質開始。微生物組成的最佳匹配將來自轉化與滿載fad消化器中所預期的生物質相似的生物質的厭氧消化器。由于fad預計將在市政固體廢物(msw)的酶法和微生物法預消化(液化)有機級分上運行，并且由于不存在這樣的消化器，故最接近的是在其他類型的預消化生物質上運行的消化器。選擇丹麥的billund生物氣消化器作為種子接種物源，因為其在源頭分離廚余廢物上運行。大多數(shù)人類消費品已經(jīng)預處理并主要由碳水化合物、脂肪和肉蛋白組成。這與市政固體廢物(msw)的液化有機級分匹配最緊密，其將提供所需微生物聚生體的最高濃度。接種從充分混合的billund消化器取各20l的兩個樣品。將樣品于消化器溫度下運送到fad消化器設備并立即應用于fad消化器。由于接種物未填充消化器，故加入溫水來達到合適的消化器液位。在取出并運送時，可預期產(chǎn)甲烷菌會緊張而變得暫時無活性。為了使種子產(chǎn)甲烷菌適應環(huán)境，讓fad消化器在37℃的運行溫度下靜置7天。在經(jīng)過接種適應期后，向所有消化器中注入150mlmsw(slr為0.6gcod/l*d)的液化有機級分(lof)的脈沖沖擊負荷以測試它們的生活狀況及其它們是否準備就緒可以開始加載了。對于billund生物氣消化器的消化器內容物來說，150mllof遠低于每天的平常負荷而沒有任何過度進給接種細菌的危險。所得氣體和cod平衡分析表明，產(chǎn)生了預期的量的生物氣。當此消化器通過“健康”檢查并且所有消化器都顯示了預期的轉化率時，則消化器已準備就緒可以加載了。實施例4：基于高vfa進料流建立生物膜在開始fad消化器的加載之前，確定起始負荷。在被運送、重新安置、加熱和稀釋時，消化器內容物不能期望發(fā)揮與在源消化器內相同的效率。billundbiogas告知在其消化器中標準cod負荷為大約3gcod/l*d，則fad工作臺規(guī)模系統(tǒng)中的起始lof負荷確定為2/3’rds(2gcod/l*d)以既獲得快速加載又顧及到源自向fad消化器的轉移的任何工藝困難。生物膜預期將附著到載體上并在8-12星期的時間范圍內涵蓋想要的微生物(如本領域已知的那樣)。順序是首先是分泌桿菌和球菌的不同胞外聚合物的附著，接著是各種細菌家族聚生體的附著，用時5-7星期，然后僅在生物膜接種的第10至12星期期間進行產(chǎn)甲烷古菌的附著。由于生物膜載體始終被消化器液體覆蓋，故生物膜自身不能被直接監(jiān)測。在接種過程中，消化器液體能夠像任何cstr消化器一樣轉化進給的cod。因此，本文的消化器系統(tǒng)將以與常規(guī)的生物氣系統(tǒng)加載的相同方式加載，cod負荷的增加要顧及生長最慢的微生物-產(chǎn)甲烷菌的生長限制。加載以在前一天的進給量的基礎上每天增加大約1.5％的進給量進行。在常規(guī)的生物氣消化器加載過程中，遵守10-14天的產(chǎn)甲烷菌保養(yǎng)時間。當水力負荷超過此且水力停留時間(hrt)降至10天以下時，常規(guī)的生物氣消化器將不能再支持產(chǎn)甲烷菌的必要繁殖，它們將被沖失，從而降低生物氣形成能力、增大vfa濃度并最終使消化器工藝停滯。當生物膜已發(fā)育為正確附著到生物膜載體上時，即便消化器液體中的產(chǎn)甲烷濃度下降，生物膜中的細菌聚生體也將支持cod轉化效率。因此，進料加載至達到10天的hrt花時至少12星期以便允許生物膜充分發(fā)育。當消化器cod轉化率保持完好無損并還隨cod加載而增大時，生物膜事實上已經(jīng)接管生物氣生產(chǎn)，并且繼續(xù)加載cod將不用再顧及消化器液體中產(chǎn)甲烷菌的繁殖速度，而是要顧及浸沒在現(xiàn)在形成的生物膜中或附著到現(xiàn)在形成的生物膜上的產(chǎn)甲烷菌的繁殖速度。當cod加載繼續(xù)到甚至降低hrt時，證明生物膜微生物群落是可塑的并可在完全形成之后以適合降解cod并將其轉化為甲烷氣體這一目的的方式進行改變。用作進料以構建生物膜的msw的液化有機級分的特性示于表2中。ph通常為大約4.0-4.2?？倱]發(fā)性脂肪酸，特別是乙酸鹽和乳酸鹽，已經(jīng)在市政固體廢物的有機級分的酶法和微生物液化過程中發(fā)酵。該lof進料的總固體和揮發(fā)性固體通?？煞謩e在100-120gr固體/l和80-100gr/l之間振蕩?？偣腆w以重量/重量百分數(shù)表示。表1：msw的液化有機級分的特性進料特性揮發(fā)性脂肪酸糖單體和乙醇葡萄糖木糖木糖醇乙醇g/lg/lg/lg/l0.590.170.677.99固體和化學需氧量圖10示出了使用表2中所述的lof進料在實施例1中描述的fad系統(tǒng)為期95天的生物膜構建過程中的產(chǎn)氣量(菱形)和進給速率(圓圈)，進給速率單位為升每天。圖11示出了使用表2中所述的lof進料在實施例1中描述的fad系統(tǒng)為期100天的生物膜構建過程中的cod去除(占總量的百分數(shù))(正方形)和水力停留時間(三角形)。當cod轉化率不再通過當cod負荷增大時增加產(chǎn)氣量作出響應、并且消化器通過消化器流出物中增大vfa濃度作出響應時，cod加載達到穩(wěn)定。就生物膜構建中使用的lof進料而言，最初在72小時水力停留時間下達到該點。然而，不認為這反映了系統(tǒng)的任何潛在代謝限制，而是反映了使用高度酸性進料時因ph平衡問題產(chǎn)生的技術困難。實施例5：生物膜的表征在如實施例4中所述發(fā)育生物膜之后從實施例1中描述的生物反應器移除來自bioblok300tm載體的一個單管。圖12示出了附著有生物膜的多孔管狀載體的照片。該照片自載體外最容易拍攝的地方拍攝。管狀載體內看起來是相同的。附著到載體的生物膜包含一種帶綠色的滑溜材料并通常具有0.5-1.5mm之間的厚度，取決于生物膜是在指向管中心的線表面上生長(最薄的生物膜)還是在由構成載體的上覆線所形成的空間中生長(最厚的生物膜)。生物膜在所有載體線上均勻分布。生物膜是光滑的并且不具有從其表面突出的任何線。為了對生物膜進行測試并描述其性質，已從消化器中取出載體的“活組織”。生物膜似乎易于通過高速水沖洗等從載體移除。當從載體移除生物膜時，生物膜不會層層松動，而是僅剪切力點處的膜會被擦掉。載體上形成的生物膜內微生物的細胞密度通?？蛇_到比在cstr液體空間中可取得的高一個數(shù)量級的水平。參見langer等人(2014年)。因此，預期在實施本發(fā)明的方法時在多孔管狀載體上形成的生物膜內高密度的產(chǎn)甲烷古菌有助于使用本發(fā)明的生物反應器提高生物氣生產(chǎn)性能。在生物膜內保持高的細胞密度起到保護微生物群落使之免于將影響cstr系統(tǒng)的過程失衡的作用。此外，在反應器的接種過程中使用的高有機負荷有利于致密的微生物群落附著到具有比在較低有機負荷下甚至更高的細胞比率的生物膜。從如上所述“活組織”移除的生物膜內古菌對細菌的相對比例和大致的細胞密度可通過比較在dgge凝膠中使用gantner等人(2011年)所報道的普適16srrna和古菌特異性16srrna引物的16srrna聚合酶鏈反應(pcr)的產(chǎn)物來測定。這樣做將可以描述生物膜內發(fā)育的古菌群落并了解它們與造成有機化合物分解直至產(chǎn)生生物氣的其余微生物之間的比率。級聯(lián)的第一消化器室預期具有比后續(xù)室中更高的古菌比例，因為在此工藝步驟中大多數(shù)容易降解的代謝有機物被優(yōu)選單體糖、低分子脂質等的微生物轉化。然而，后續(xù)消化器室可能包含更專門降解將轉化為生物氣的較大有機化合物的群落。可進行關于總體微生物類群的定量和測定及其在連續(xù)的室中的分布的進一步研究以描述上面提到的內容。實施例6：從嗜溫到嗜熱條件快速變換-提高的變換速率消除了對高固體酸性進料流進行ph調節(jié)的需要先前在現(xiàn)有技術中已經(jīng)相信，在生產(chǎn)生物甲烷的嗜溫和嗜熱古菌之間存在明確的區(qū)別。參見例如bouskova等人(2005年)和參見li等人(2014年)。在實施例4中描述的實驗的過程中，我們發(fā)現(xiàn)生物膜內的微生物群落在37℃至53℃的整個溫度范圍內正常起作用。兩種溫度狀況之間的差異在于，在嗜熱溫度下cod轉化進行得更快，因此，當溫度為從嗜溫(37℃)到嗜熱(53℃)條件時，調節(jié)酸性lof進料培養(yǎng)基的ph的需要消失。調節(jié)ph的需要在較高溫度下消失是因為來自cod向co2、ch4和nh4+的轉化的內部緩沖效應發(fā)生得足夠快以抵消由進入的酸性原料引起的酸化。消化器中的生物膜使用lof進料在嗜溫溫度——37℃下發(fā)育。隨后在很短的時間段內將溫度升至52℃。這導致更快的cod周轉并消除了酸性lof進料的ph調節(jié)的需要。固定化在生物膜中的活性生物學不能非?？斓馗淖?。在短至三小時的時間內在嗜溫和嗜熱范圍之間上下改變工藝溫度的能力表明溫度靈活性已經(jīng)在嗜溫溫度下生長的微生物群落中所固有。難以想象嗜熱微生物在嗜溫生物膜構建過程中贏得一些選擇性的戰(zhàn)斗。這表明當被約束在高細胞密度生物膜內時，相同的微生物實際上具有比以前認為可能的要大得多的溫度操作窗口。由于這種先前未知的特征，本發(fā)明的生物反應器可在任一溫度范圍內運行而不管初始加載溫度如何。為了記錄如實施例1、3和4中所述發(fā)育的fad系統(tǒng)的溫度靈活性，于53℃下向系統(tǒng)進給恒定進給速率的酸性lof進料直至取得穩(wěn)定的產(chǎn)氣。將處于恒定進給速率下的系統(tǒng)的溫度突然變?yōu)?7℃并保持到再次取得穩(wěn)定的產(chǎn)氣。然后讓溫度恢復至53℃并保持到再次取得穩(wěn)定的產(chǎn)氣。該實驗的結果示于圖13中，其示出了在145小時的運行過程中的溫度(301)和產(chǎn)氣量(302)。如圖所示，在不到三小時的時間內，消化器內的溫度降至37℃。在接下來的60小時內，生物氣產(chǎn)量逐漸增加，直至達到相同生物氣產(chǎn)量水平下的穩(wěn)態(tài)(此時是在溫度變化之前)。在產(chǎn)量穩(wěn)定后，使溫度再次恢復到嗜熱范圍，最終重新獲得了相同的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)氣水平。如圖所示，溫度升高將加速水解、發(fā)酵和甲烷形成的過程。因此，可以觀察到系統(tǒng)可在不同的溫度范圍下運行而不損害產(chǎn)氣并且厭氧過程在升高的溫度下更快地發(fā)生。因此，否則會損害cstr中相同過程的長期性能的快速波動對于fad消化器來說不是問題。實施例7：長期穩(wěn)定性且對過程控制要求極低向如實施例1、3和4中所述發(fā)育的fad系統(tǒng)進給以具有表3中所示特性的lof原料，水力停留時間為91小時，持續(xù)52天的時間段。圖14示出了48天的產(chǎn)氣量(紅色圓圈)和進給速率(藍色圓圈)。圖15示出了48天的時間段內的cod轉化率％。圖16示出了51天的時間在來自消化器系統(tǒng)的流出物中測得的cod含量(圓圈)和vfa水平(三角形)。如圖所示，系統(tǒng)支持穩(wěn)定的運行并且對過程控制的需求極低。這種穩(wěn)定的運行在確定連續(xù)條件下生物質氣體潛力和產(chǎn)氣量二者方面是非常有益的。cod轉化效率保持與進給速率無關，并且隨著進給量穩(wěn)定化，產(chǎn)氣量變得穩(wěn)定，這是連續(xù)條件下的實際產(chǎn)氣的一個很強的指示。另外，仍然在cod轉化率不變的前提條件下，從最初進給到移除進料后產(chǎn)氣停滯的總產(chǎn)氣量將顯示進料材料的氣體潛力，就跟在常規(guī)批量測試中進行的一樣好。表2：穩(wěn)態(tài)運行試驗中renesciencec生物質的特性進料特性揮發(fā)性脂肪酸糖單體和乙醇葡萄糖木糖木糖醇乙醇g/lg/lg/lg/l1.143.3102.99固體和化學需氧量流出物特性揮發(fā)性脂肪酸糖單體和乙醇固體和化學需氧量實施例8：對vfa毒性的免疫文獻中已經(jīng)描述，在厭氧消化器內，乙酸鹽在濃度高于100mm(6g/l)時、其他vfa物質在高于較低的濃度時，揮發(fā)性脂肪酸(vfa)濃度將開始呈現(xiàn)抑制性(ahring.b.k,1994年)。參考文獻：ahring.b.k.(1994).volatilefattyacidsasindicatorsofprocessimbalanceinanaerobicdigestors.appliedmicrobiologybiotechnology。在一個月的時間內，向實施例1、3和4中描述的系統(tǒng)進給富含vfa(38-45g/l)和富含cod(100-130gcod)的lofmsw(市政固體廢物的液化有機級分)底物，水力停留時間為160至72小時之間。在此過程中，測得一個消化器罐內的vfa濃度高于12g/lvfa-兩倍于報道的對生物氣工藝抑制性的濃度。此高vfa濃度未影響產(chǎn)氣量，在每一種情況下，產(chǎn)氣量都高于流出物中測得的總cod減少量的70％。圖17示出了在25天的過程中在單個消化器室內測得的vfa濃度(圓圈)和轉化效率(正方形)。如圖所示，高vfa濃度明顯不是抑制性的，cod轉化效率與測得的vfa濃度變化無關。因此，fad系統(tǒng)中最大可接受的vfa濃度高于所測得的為16.2gvfa/l的最大濃度。實施例9：對氧氣毒性的免疫圖18中示出了生物膜長時間暴露于大氣氧之前和之后的生物氣產(chǎn)量，其中：a1：加載底物1b1：穩(wěn)定的生產(chǎn)底物1c1：燒去底物1d：過濾器暴露于氧e：過濾器用流出物再水化a2：加載底物2b2：穩(wěn)定的生產(chǎn)底物2c2：燒去底物2線402示出了進給的進料；線401示出了產(chǎn)生的氣體。向實施例1、3和4中描述的系統(tǒng)進給兩種相似的lof底物；第一種具有107.5gcod/l的總cod負荷，第二種具有101.7gcod/l的總cod負荷。圖12示出了該實驗的不同階段過程中的生物氣產(chǎn)量和進給速率，所述階段包括兩種不同底物的剩余有機物的加載、穩(wěn)定的進給和產(chǎn)氣及燒去(表示進料停滯后剩余的產(chǎn)氣量)。在測試之間，使消化器固定化載體長久暴露于大氣三天，然后用先前從消化器撤出的流出物對載體進行5天的再水化。在這兩種情況下，穩(wěn)定產(chǎn)氣下的體積負荷相同，為在消化器中1.95升底物/天，相當于3.8天的hrt。加載階段a1和a2由兩天的運行組成，其中向反應器進給增加的量的底物直至達到穩(wěn)定的生產(chǎn)負荷，分別為b1和b2。對于第一底物，平均生物氣產(chǎn)量為88.08nl/天，對于平均54.44升ch4/天而言甲烷含量為61.8％。這等價于80％的cod轉化效率。第一次燒去即c1后，反應器內的液體通過消化器底部中的再循環(huán)泄放口全部移除。然后用等價于消化器容積的兩倍的量的自來水沖洗消化器(在室溫下)。載體保持暴露于大氣氧達3天，然后再次用來自先前實驗的流出物填充反應器，該流出物與在空氣暴露之前移除的相似。根據(jù)對空氣暴露的脆弱性的常識，d中的操作應導致厭氧消化器的失衡，因為已見述及，在常規(guī)的厭氧消化過程中氧是有毒的和抑制性的(deshai，b2011年)。雖然暴露于富氧氣氛中應該使厭氧細菌失活，但這并未發(fā)生-據(jù)推測是由于潮濕生物膜所提供的保護。在常規(guī)的生物氣消化器中，滅活的細菌將與流出物一道離開消化器并因此消除消化能力，即便細菌可通過去除氧的暴露而恢復活化。在fad消化器中，細菌不能離開，并如后一階段清楚地顯示的那樣，細菌在再水化和加載新底物之后是同等活性的。在過濾器用流出物再水化(e)后，在消化器中進行類似的加載和穩(wěn)定的進給。在階段b2過程中，平均產(chǎn)量為85,55nl/天，此時，對于平均53.04升ch4/天而言甲烷含量為62％。轉化效率為83％，這與暴露于氧之前的cod轉化效率非常相似。這一觀察結果表明，要求保護的系統(tǒng)對空氣暴露的恢復力強并且過程的連續(xù)性不會因這種否則將具有破壞性的操作而受損。此外，兩個燒去階段c1和c2也相似。當進給停止時，生產(chǎn)在第5和第7天之間停止。在這兩種情況下，在沒有底物的第一天后，生產(chǎn)已下降超過50％。(deshai,b.(2011).oxygeneffectsinanaerobicdigestion–areview.theopenwastemanagementjournal.)實施例10：原料靈活性向實施例1、3和4中描述的系統(tǒng)進給以各種不同的原料。要求保護的系統(tǒng)對于不同的原料均可靈活地運行，在高的有機加載速率下具有高的產(chǎn)氣量。該系統(tǒng)在較低的htr下連續(xù)運行5天，不同的原料由不同的糖、揮發(fā)性脂肪酸和乙醇組成，其可在厭氧消化過程中代謝轉化。反應器系統(tǒng)的進給在不同的原料和因此不同的有機負荷之間連續(xù)地交替進行。消化器的生產(chǎn)率反映了對新引入的原料的快速適應性，因為在該變化之后產(chǎn)生的生物氣對應于先前確定的每一種原料的潛力。稀酒糟稀酒糟為源自2g生物乙醇生產(chǎn)的廢水級分。稀酒糟不含大顆粒，因為含木質素的顆粒已被分離以用于別處。稀酒糟主要含低聚糖，低聚糖對生物氣工藝具有挑戰(zhàn)性，因為它們需要高水解力來降解低聚物。如圖19中所示，起始于主要包含單體糖、脂肪和短脂質的lof進料的fad消化器可容易地處理具有表4中所示特性的更復雜的木質纖維素稀酒糟，其包含重質可降解的低聚糖、木質素衍生物及非常少的脂質和蛋白質。renescience生物液體和稀酒糟具有共同之處，即它們經(jīng)用酶預處理，從而軟化了一些較難降解的物質。表4：木質纖維素稀酒糟和產(chǎn)生的流出物的特性進料特性揮發(fā)性脂肪酸乙酸乳酸丙酸異丁酸正丁酸異戊酸正戊酸甲酸總vfag/lg/lg/lg/lg/lg/lg/lg/lg/l4.550.300.340.1600005.35糖單體和乙醇固體和化學需氧量流出物特性豬糞肥來自酶解的msw的renescience生物液體的經(jīng)預處理生物質和來自酶解的木質纖維素生物質的稀酒糟均為預計具有一定含量的易降解有機物的生物質的實例，一定含量的易降解有機物將使得它們在低hrt固定化生物膜消化器中對于氣體轉化時間來說是良好的物質。相比之下，豬糞肥通常被認為是一種完全重質的可降解物，因為其不含有許多易降解物質并且僅大約50％的cod含量可轉化為生物氣。因此，可以預期，在進給以豬糞肥時，fad消化器將受到挑戰(zhàn)。從圖20可以看出，進給到fad消化器的具有表5中所示特性的豬糞肥表現(xiàn)得非常好，并且產(chǎn)生了與該豬糞肥否則在maabjergbioenergy生物氣工廠(所述豬糞肥在該工廠的進料罐中取樣)中將預期的相同的產(chǎn)率。豬糞肥在某種意義上代表了對fad生物膜的挑戰(zhàn)，即生物膜微生物已經(jīng)以針對發(fā)酵和乙酸分解細菌的選擇性壓力養(yǎng)育，因為水解和產(chǎn)乙酸步驟已通過酶法工藝進行，這先于renescience生物液體和木質纖維素稀酒糟的形成。如來自糞肥試驗的結果所示，水解和產(chǎn)乙酸菌仍然存在并且是活性的并能在物質之間快速切換。沒有其他已知的生物氣工藝可在如此不同的底物之間如此徹底和快速地切換。表5：來自maabjergbioenergy的豬糞肥的性質總cod可溶性codg/lg/l5915021690所示實施方案和實施例僅是示意性的而不旨在限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由權利要求書限定。實施例：“沖擊試驗”在此實驗過程中，進給已停止15天，240升反應器的產(chǎn)氣量降至零。在經(jīng)過2天的時間后，每天向反應器從0進給差不多70升大約具有90g/lcod的底物。反應器能夠產(chǎn)生生物氣而未因底物突然且升高的量而有任何不利影響。在此次沖擊試驗后，再繼續(xù)進給5天。在此期間的進給和相應的產(chǎn)氣量示于圖21中。這表明生物反應器能夠承受進給的突然停止和進料量的強烈變化。多點進料實施例本實施例顯示當在單個和多個點進給時系統(tǒng)以高速率產(chǎn)生生物氣的可能性。此特征可有助于在反應器的隔室之間分配高的有機負荷。在18天期間(如圖22中所示)，反應器以兩種模式進給。在第一天期間，所有有機負荷通過第一隔室進入。在接下來的日子里，反應器內部的底物流在第一和第三隔室之間分布。已經(jīng)證明在兩種模式中都有高的生物氣產(chǎn)量。在連續(xù)運行過程中的任何情況下，可將底物進給到反應器的任何再循環(huán)流中。這可在如果其中一個泵發(fā)生故障時有用，反應器運行能夠因此繼續(xù)下去。這為系統(tǒng)提供了靈活性并優(yōu)化生產(chǎn)產(chǎn)量。雖然已結合具體的實施方案描述了本發(fā)明，但不應理解為以任何方式限制于所給出的實施例。本發(fā)明的范圍由附隨的權利要求書規(guī)定。在權利要求書的上下文中，術語“包含”不排除其他可能的元件或步驟。此外，“一個”、“一種”等的提及不應理解為排除多個。權利要求中關于附圖中所示元件使用的附圖標記也不應理解為限制本發(fā)明的范圍。此外，可能可以有利地組合不同權利要求中提到的各個特征，并且這些特征在不同權利要求中的提及并不排除特征的組合是不可能的和有利的。參考文獻tauseef,s.etal."energyrecoveryfromwastewaterswithhigh-rateanaerobicdigesters,"renewableandsustainableenergyreviews(2013)19:704chen,x.etal."flowpatternsofsuper-high-rateanaerobicbioreactor,"bioresourcetechnology(2010)101:7731mohan,s.etal."influenceofrecirculationontheperformanceofanaerobicsequencingba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