基于自制液化水解發(fā)酵罐的實驗教學(xué)改革

韓偉 郭盛楠 劉彥旭 方俊 陳龍 何宏 徐曉斌 侯平智 唐俊紅

摘要：目前自動發(fā)酵罐的市場價格較為昂貴，導(dǎo)致學(xué)校無法大批量購買以滿足教學(xué)的要求，因此提供一種針對實驗用的自制液化水解發(fā)酵罐。該發(fā)酵罐的主體由一個藍(lán)蓋玻璃瓶加上一個磁力加熱攪拌器組成，由常見儀器組裝和改造而成，且價格低廉，具有一定的教學(xué)性、科學(xué)性、創(chuàng)新性和實用性，可滿足教學(xué)在數(shù)量和經(jīng)濟方面的要求，不僅有助于環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生攻破有機固體廢棄物液化水解的重點和難點，同時對培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和思維創(chuàng)新能力具有一定的益處。該裝置可廣泛應(yīng)用于實驗教學(xué)當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：有機固體廢棄物;自制發(fā)酵罐;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.4? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）39-0268-02

實驗室是一個可以培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力以及創(chuàng)新能力的地方。但由于個別實驗儀器價格較為昂貴，且容易被學(xué)生損壞，無形中增加了實驗室的壓力[1]。早在20世紀(jì)八九十年代，德國的一所大學(xué)便開始鼓勵學(xué)生自己設(shè)計并制作實驗設(shè)備，且在設(shè)計制作的過程中便已經(jīng)發(fā)揮了一定的教學(xué)實踐作用，這與實驗室提高學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新能力和動手實踐能力的要求不謀而合[2]。

餐廚垃圾是城市垃圾的重要組成部分，一般飯店、食堂等產(chǎn)出的餐廚垃圾都是通過城市近郊的農(nóng)民或者個體販運者運至城郊的小型飼養(yǎng)場來喂養(yǎng)家畜，這些餐廚余物中含有致命菌和非食用性物質(zhì)，家畜一旦感染疾病便會傳染給人類;而普通居民產(chǎn)生的餐廚垃圾大部分和生活垃圾混合，作填埋處理，但需要占用大量土地，還會產(chǎn)生大量滲濾液，這兩種方法均會給環(huán)境造成損害[3]。有機固體廢棄物的資源化利用開始越來越引起人們的重視，這樣不僅可以對有機固體廢棄物進(jìn)行有效處理，還可以產(chǎn)生二次能源，使有機固體廢棄物得到充分的利用[4]。

厭氧發(fā)酵制取沼氣目前是有機固體廢物資源化利用的主要方向，由于固體廢棄物中的營養(yǎng)物質(zhì)都是以大分子形式存在于固相中，因此液化水解是高效利用固體廢棄物的關(guān)鍵。固體廢物的液化水解一直是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)的要點和難點[5]。自動發(fā)酵罐是市場上現(xiàn)有的一種主要應(yīng)用于液化水解的儀器，但由于其價格高昂，難以滿足教學(xué)實驗的大量應(yīng)用。針對上述問題，設(shè)計了一套方便實用的有機固體廢棄物液化水解實驗裝置，對實驗教學(xué)具有一定的幫助。

一、自制液化水解發(fā)酵罐

自制液化水解發(fā)酵罐如圖1所示。該裝置的主體由一個藍(lán)蓋玻璃瓶加上一個磁力加熱攪拌器組成，藍(lán)蓋玻璃瓶的有效容積是1L，且可根據(jù)實驗的實際需要進(jìn)行改變。藍(lán)蓋玻璃瓶上端為膠塞外纏生料帶，可有效保證自制發(fā)酵罐的密閉性。膠塞上有兩個端口，其中一個端口為取樣口，用玻璃導(dǎo)管插入自制發(fā)酵罐底部，以滿足實驗過程中取樣的要求;另一個端口為壓力口，當(dāng)自制發(fā)酵罐內(nèi)部壓力過大時，可通過壓力口將氣體釋放出來。同時上端為0.20m的濾膜，有效保證了自制發(fā)酵罐的無菌污染條件，裝置下端為恒溫磁力攪拌器，溫度的可變范圍在20℃—100℃，轉(zhuǎn)速的可變范圍在0rpm—2000rpm。其價格上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場上的自動發(fā)酵罐，廉價且易得，可以保證學(xué)校在質(zhì)量和數(shù)量方面的需求，因此，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程的教學(xué)實驗當(dāng)中。

二、設(shè)備具有的優(yōu)點

1.教學(xué)性。自制有機固體廢棄物液化水解發(fā)酵罐的原理簡單，且均由實驗室常見儀器組裝改造而成，組裝和使用均很方便，并可通過藍(lán)蓋玻璃瓶清楚地觀察實驗進(jìn)展和實驗現(xiàn)象。如此，可以有效攻破環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生在有機固體廢棄物液化水解方面的難點。

2.科學(xué)性?！肮虖U資源化”的實驗裝置均是由教師和學(xué)生針對專業(yè)教學(xué)改革需要自行設(shè)計和組裝的，而有機固體廢棄物資源化利用是在老師科研課題的基礎(chǔ)上建立起來的，具有極高的科學(xué)性。

3.創(chuàng)新性。自主研制的有機固體廢棄物液化水解裝置，可替代市場中昂貴的自動發(fā)酵罐，并大批量地應(yīng)用于教學(xué)實驗當(dāng)中，同時學(xué)生可以通過藍(lán)蓋玻璃瓶清楚地觀察實驗現(xiàn)象和進(jìn)展，幫助學(xué)生更深刻地理解實驗內(nèi)容，具有一定的創(chuàng)新性。

4.實用性。自制的教學(xué)儀器成本低，較低的資金投入有利于學(xué)校增加更多的實驗設(shè)備，緩解實驗教學(xué)中儀器缺乏的問題，具有一定的實用性。

三、結(jié)語

自制液化水解發(fā)酵罐具有原理簡單、操作方便、運行穩(wěn)定和廉價易得等優(yōu)點。在學(xué)術(shù)方面，可以有效攻破環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生在有機固體廢棄物資源化處理方面的教學(xué)難點，且底物沒有局限性，為有機固體廢棄物的資源化利用提供了更多的思路;在應(yīng)用方面，操作簡單，運行穩(wěn)定，具有一定的安全性，同時鍛煉了學(xué)生的自主操作能力，有效提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和教師的授課效率;在學(xué)校建設(shè)方面，可以降低實驗室的教學(xué)成本和學(xué)校的建設(shè)成本，培養(yǎng)在校學(xué)生的實踐操作和自主創(chuàng)新能力，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程的教學(xué)實驗當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]樓建明，傅越千，安鵬，鮑淑娣.基于能力培養(yǎng)自制實驗儀器設(shè)備[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31（09）：81-86.

[2]沈立民.基于工業(yè)自制設(shè)備的實驗教學(xué)改革——借鑒德國應(yīng)用科學(xué)大學(xué)實踐教學(xué)經(jīng)驗[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報，2015，27（05）：376-380.

[3]劉德江，劉盛林，饒曉娟，王璇.不同濃度的餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣試驗研究[J].能源與節(jié)能，2018，（04）：101-103.

[4]白烏云，張寶林，塔娜.有機固體廢棄物資源化利用探究[J].北方環(huán)境，2013，25（03）：76-77.

[5]周祺.厭氧消化在有機固體廢棄物處理中的應(yīng)用分析[J].低碳世界，2017，（31）：6-7.

Based on Self-made Liquefaction and Hydrolysis Fermentation Tank for Experimental Teaching Reform

HAN Wei1，2，3，GUO Sheng-nan3，4，LIU Yan-xu1，3，F(xiàn)ANG Jun2，3，CHEN Long2，HE Hong2，XU Xiao-bin2，

HOU Ping-zhi2，TANG Jun-hong1

（1.School of Materials and Environmental Engineering，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China;2.The Belt and Road Information Research Institute，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China;3.Zhejiang Jinhuanbao Biotechnology Limited Company，Anji，Zhejiang 313300，China;4.School of Forestry，Northwest Forestry University，Harbin，Heilongjiang 150000，China）

Abstract： At present，the market price of the automatic fermentor is very expensive， which makes it impossible for schools to buy in large quantities to meet the requirements of teaching.The main body of the self-made fermentor is composed of a blue-capped glass bottle and a magnetic heating stirrer.It is assembled and reformed by the common instruments in the laboratory， and the price is low.The self-made fermentor can be widely used in experimental teaching.

Key words：organic solid waste;self-made fermentor;teaching reform