技术
摘要：研究了木薯渣的酸化特性和不同接种率(60%、70%、80%)对厌氧发酵产沼气的影响。试验结果表明，木薯渣极易酸化，但厌氧发酵甲烷化是可行的，在试验采用的接种率中，70%的接种率能调控发酵系统的pH、VFA浓度在正常范围，产气能顺利启动和进行，产气率和最高甲烷含量分别为249.35ml/gVS和48.16%，优于其他两组，为木薯渣厌氧发酵产沼气的深化研究和应用提供了参考依据。
在我国广西、福建等地木薯是一种重要的提取淀粉的原料，木薯渣则是木薯淀粉厂提取淀粉后的残渣，这种副产物每年达到数十万吨，而木薯渣在贮放过程中会发生酸化(pH值3.5～4.0)，产生的腐败气味污染厂区及周边大气环境，因此木薯渣的处理和应用成了木薯淀粉厂亟需解决的问题。
虽然目前木薯渣有用于制作饲料、培养真菌以及发酵酒精和柠檬酸等方面，但是在工业上实际应用很少。近几年，对于利用城市垃圾、农业蔬菜废弃物等通过厌氧发酵制取清洁能源—沼气的研究已成为热点[1-2]，木薯渣的高有机物含量、高含水率的特点适宜采用厌氧生物发酵处理。
鉴于木薯淀粉渣有机物主要为碳水化合物，包括淀粉(66%)、纤维素(21%)、半纤维素(7%)，蛋白质含量低(4%)，其中淀粉含量很高且易被厌氧菌利用降解，属于高水解系数物质[3]。因此，该试验欲先进行木薯渣酸化试验了解木薯淀粉渣的酸化特性，根据酸化特性进一步摸索接种率对木薯渣厌氧发酵过程中的pH值、VFA浓度、产气量及甲烷含量的影响，以期选出适宜的接种浓度使木薯淀粉渣厌氧发酵甲烷化顺利启动和进行，达到产气快，产气量多和甲烷含量高的效果，为木薯渣厌氧发酵的进一步研究和资源化利用提供一定的理论基础。
1材料与方法
1.1试验原料 试验所用材料是来自广西壮族自治区某市某木薯淀粉厂的木薯淀粉残渣，取回后装袋，于冰箱4℃冷藏备用，取样测定原料理化性质为：含水量85.72%，VS98.05%TS，淀粉含量657.4mg/g，总纤维素284.4mg/g，总N6.7mg/g，C/N68.78，pH值3.80。
1.2接种污泥 接种污泥取自华南理工大学生物科学与工程学院处理木薯酒精废水的UASB反应器中的厌氧消化污泥。经测定TS为11.62%，VS为79.62%，pH值为7.04。
1.3试验装置与工艺流程 试验装置是该实验室自行设计的小型厌氧发酵装置，试验装置见图1，采用500ml抽滤瓶作为厌氧发酵瓶，瓶口配橡胶塞密封，在胶塞上打出输气孔，瓶侧身支口作为取样口，集气瓶和集水瓶均为1L的广口瓶，集气瓶配上胶塞，胶塞上打出进气孔、取气孔和导水孔，各瓶之间用玻璃导管和硅胶管连接，并用凡士林密封。
工艺流程为：经调节的发酵原料和接种污泥加入到发酵瓶密封，置于调节好温度的摇床内。发酵原料在密封的发酵瓶中进行厌氧发酵，发酵过程中产生的气体经导气管导入到装满饱和食盐水的密封集气瓶中，每日定时测量集水瓶中的食盐水体积得日产气量。从发酵瓶侧身支口取发酵液进行参数测定，采用注射器从取气孔抽取气体样品进行气体成分分析，每次取完气体样品后，将集气瓶再次注满饱和食盐水，防止各研究时间段的气体混合。
1.4试验设计 该试验污泥接种率均采用固体干重比：污泥干重TS/(污泥干重TS+原料干重TS)。酸化试验：污泥和原料以接种率20%混合，用尿素调节C/N比至28，以8%的总固体含量于(35±1)℃条件下恒温发酵，总试验时间为32d，每2d测定系统VFA浓度和pH值变化。接种率影响试验：试验采用1次进料发酵方式进行，设接种率为60%、70%、80%3个试验组，每组3次重复，由于该试验污泥经处理不再产气，因此不设置空白对比组。用尿素调节每组C/N比至28，NaHCO3调节每组初始pH值至7左右，发酵温度设为(35±1)℃，发酵液总固体含量为8%，试验时间共持续24d，每天启动摇床2次，每次1h，转速为80r/min，每天取气样，每2天取1次液样，进行参数测定。
1.5测定项目与方法 pH值测定：PHS-3C型pH计精确测定；挥发性脂肪酸(VFA)浓度测定：分光光度法[4]；日产气量测定：排饱和食盐水法[4]，气体甲烷含量测定：NaOH碱液吸收法[4]。
2结果与分析
2.1酸化试验过程中VFA浓度和pH值的变化 酸化阶段是发酵过程中非常重要的一步，对整个厌氧处理系统的高效稳定运行至关重要。若是投料量太大，有机负荷过高，或是物料有机质含量过高，必将使酸化阶段加快，促使有机酸大量积聚，pH值急剧下降。pH值过低，将直接影响到产甲烷菌的生长，导致产甲烷阶段无法进行[5]。该试验经过32d的厌氧酸性发酵，由图2看出，原料初始VFA浓度低只有3.183mmol/L。发酵开始至第12天，VFA浓度迅速上升达到127.83mmol/L，此后VFA缓慢上升，最终达到144.5mmol/L。发酵液pH值变化与VFA浓度变化呈现一定的负相关性，前12天随着VFA的急剧积累，pH值迅速下降至3.53，此后呈缓慢下降趋势，最终pH值保持在3.36。
试验结果显示，木薯渣极易酸化，在8%的固体含量条件酸化历程中，酸化初期pH值剧降，而后期亦未出现回升，这是由于木薯渣的主要成分是具有高水解系数的淀粉，易于被产酸菌迅速利用转化为酸，使pH值剧降，同时由于系统氮含量低，碱度低，对VFA的缓冲能力很弱，致使pH值无法回升。在酸化过程中，产气一直未启动，说明甲烷菌受到强烈抑制，看出原料酸化初期pH值迅速下降是抑制系统进一步甲烷化的主要原因。酸
