试验研究
现代农村科技
2018年第3期
猪粪和玉米秸秆的不同配方比对厌氧发酵产沼气的影响
王悦张润刘莎
渊衡水学院生命科学学院河北衡水
摘要院目前农村的沼气发酵多采用单一的发酵原料袁导致基质的利用率低遥本文针对农户沼气发酵时原材料缺乏尧利用率低等问题袁研究以猪粪尧玉米秸秆为原料袁在35益依1益条件下二者不同配比(粪秆053000冤
本身也是人类生活中的重要污染源，大大危害着人类的健康。所以，为实现节约资源、促进农业循环发展，农业废弃物的综合利用成为首要任务，对我国资源利用率的提高有重要意义，同时也可以保护环境，配比)混合后对厌氧发酵产气的影响袁分析发酵过程中日产气量尧日累积产气量尧COD尧pH值的变化遥结果表明袁粪秆比为1∶1时产气量最大袁是秸秆单独发酵的1.12倍遥同时袁粪秆比为1∶1时袁产气速率最大遥在发酵过程中袁pH值先减小后变大袁后期趋于平稳遥
关键词院猪粪和玉米秸秆曰配比曰厌氧发酵曰沼气
1绪论
1.1研究背景。资源的综合利用是当今世界发展的重要主题。但是，随着社会的发展和人民生活水平的提高，世界能源需求量增加，资源供应大大不足，能源问题成为当今世界经济发展的敏感问题之一。为了增加能源利用率，实现经济持续发展，我国制定了叶中华人民共和国可再生能源法曳，文中指出：为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展制定本法[1]。中国是农业大国，有着丰富的农作物资源，但是，存在农业废弃物产生量较大的问题，其农业废弃物的产生量每年约有40多亿吨，其中农作物秸秆7.0亿吨，畜禽粪便排放量26.1亿吨[2]，就目前来看，大多数农业废弃物直接排放到我们的生活环境中，并没有经过严格处理，对生态环境造成巨大危害，如秸秆焚烧、禽畜粪便排放等，不仅污染环境，也会污染空气以及地下水源，并且这些畜禽粪便
窑69窑
使农民收入大大提升。
1.2关键词界定。玉米秸秆发酵制沼气技术是生物转换中最主要的方式，是指在厌氧条件下，微生物将秸秆降解为沼气，同时产生沼渣和沼液的过程[3]。将秸秆投入到沼气池，可用作牲畜饲料，转化成粪便进入沼气池，产生的沼渣可作为肥料，提高利用率。玉米秸秆发酵制沼气技术可以提高农业废弃物的利用率，优化农村能源结构，还可以提高经济效益和生态效益。秸秆利用技术发展较为迅速，资源优化途径越来越多。玉米秸秆可以作为肥料还田，方法简单，便于操作，可以获得较好的经济效益。玉米秸秆还田，土壤的有机质含量提高、肥力增加，可以改善农村的生态环境。玉米秸秆可以用来发电，同时减少二氧化碳和二氧化硫的排放。厌氧发酵是指畜禽粪便垃圾等有机物质在厌氧条件下，通过各类微生物分解代谢作用产生沼气的过程。厌氧发酵技术可以将农作物秸秆、牲畜粪便、市政废水等有机废弃物作为原料生产沼气，厌氧发酵是一个复杂的过程，影响混合原料厌氧发酵因素有很多，主要是温度、原料配比、料液pH值以及严格的厌氧环境等，这些因素在一定程度上会影响消化进程中种类差异、数量繁多的微生物间协同和拮抗作用[4]。多原料混合发酵通过保持发酵底物各因素的平衡，例如营养元素、碳氮比、pH值等的平衡，增强发酵液的缓冲能力，并且能够提高微生物之间的协同作用，降低有害物质以及其他无关因素对发酵过程的影响，提高基质利用率以及沼气产生效率[5]。沼气作为新能源，可以有效解决农村能源短缺问题，家畜粪便是沼气发酵原料之一，由于家禽饲养的减少，原料供应短缺，单一粪便发酵为原料的发酵方式受到阻碍，因此，找到有效解决单一粪便发酵的方法十分重要。中国农作物丰富，然而，大部分农作物被闲置，尤其是玉米秸秆类农作物，导致资源利用率低，因此，将农业废弃物和粪便混合发酵受到广泛关注，混合发酵可以避免单一发酵的底物利用率低的问题，能够提高基质利用率，增加80%~400%的产气量[6]。
2厌氧发酵技术研究
2018年第3期
现代农村科技
试验研究
2.1厌氧发酵的主要影响因素。沼气厌氧发酵按温度分为常温发酵、中温发酵和高温发酵，三者对比来说，中温发酵产气率较其他两者高、稳定性好[7]。李轶冰、宋籽霖等人[7]曾研究过温度对粪秆混合发酵产气特性的影响。温度是厌氧发酵反应的重要因素，温度可以影响酶的活性、微生物的活性，从而影响发酵产气速率。经归纳总结得出，甲烷菌最适的发酵温度为2个：一个是中温25℃~45℃，另一个是高温50℃~60℃，在此之外的甲烷菌活性会大大降低。pH值是影响厌氧发酵的重要因素之一。环境的pH值能够改变生物体酶的活性，导致生物种群的变化，从而产生的有机酸种类以及产量都会存在不同。研究表明，pH值在6.6~7.3时是厌氧发酵的最佳pH值，如果过低，乙酸型甲烷菌会受到抑制作用，pH值过高时，游离氨会抑制其活性[4]。
2.2厌氧发酵的反应原理。沼气发酵，又称厌氧发酵，是指畜禽粪便、秸秆、垃圾等有机物质在厌氧条件下，通过各类微生物分解代谢作用产生沼气的过程。沼气发酵是一个复杂的过程，多种有机物都可以经过微生物作用产生沼气[8]。沼气产生分为3个阶段：2.2.1水解阶段。农业废弃物、畜禽粪便等大部分发酵原料主要成分为脂肪、蛋白质等大分子物质，发酵产物沼气的主要成分是多糖类物质，是大分子物质，微生物无法直接利用[9]，在水解阶段时，微生物胞外酶对有机物进行体外酶解，蛋白质被转化成氨基酸，多糖被分解为单糖或二糖，该过程即为大分子有机物水解为小分子有机物，固体有机物转为可溶性物质的过程[10]。
2.2.2产酸阶段。单糖、低级脂肪酸等可溶性物质进入细胞内，在对应微生物以及合适发酵条件的作用下分解，生成低级脂肪酸和醇等，比如乙酸、丙酸，还有氢气、二氧化碳、水等一系列物质，同时，乙酸菌会将氢气以及二氧化碳合成乙酸。
2.2.3产甲烷阶段。厌氧产甲烷菌将乙酸、氢气以及其他化合物进一步转化成甲烷和二氧化碳，通过乙酸以及氢气的氧化和二氧化碳的还原，产生甲烷。3材料与方法3.1材料与预处理
3.1.1猪粪。猪粪取自河北省衡水市武强县和衡水市生态园新鲜猪粪，直接使用。
3.1.2玉米秸秆。玉米秸秆取自河北省衡水市桃城区河沿镇西康村等6个村庄玉米地秸秆。将采集到的秸秆样品放入实验室通风处，室温下使其自然风干，风干后用鼓风式粉碎机进行粉碎，收集，放入样品袋中密封待用。
3.1.3活性污泥。活性污泥取自河北省衡水市桃城区
某污水处理厂的好氧活性污泥，将接种污泥进行厌氧驯化并定期配制营养液保持其活性，备好待用。实验原料的有关数据见表1、表2。
表1实验原料的成分含量原料总固体含量(%)玉米秸秆95.85猪粪27.80活性污泥
14.30表2活性污泥指标
活性污泥指标污泥沉降比
混合液挥发性悬浮固体浓度混合液悬浮固体浓度
(%)
(g)(g)
活性污泥
0.26
0.085
0.385
3.2试验设计。试验设置A、B、C、D、E、F、G共
7组，其中粪秆比为1∶1、1∶4、4∶1、3∶2、2∶3，分别是A、B、C、D、E组，单独用猪粪和玉米秸秆发酵处理为F、G组。试验前，将不同原料、接种物、水按照比例混合均匀，装入锥形瓶中，置于35℃左右的恒温水槽中。发酵产气时间为46d，每组设置2个重复，每天20：00读取日产气量数值，并记录；锥形瓶每隔2~3d摇匀1次。在发酵的第1、2、3、6、11、17、33、44d测定pH值，使用橡胶塞上的取样管取出沼液3ml，用pH计测量。
3.3试验装置。该试验装置主要包括发酵装置、集气装置和控温装置3部分。厌氧发酵装置由100ml锥形瓶和250ml量筒组成，分别作为发酵罐和集气装置，锥形瓶用橡胶塞密封，置于恒温水浴锅中，在橡胶塞口涂抹凡士林，避免漏气，以保证良好的厌氧环境，量筒倒置于饱和食盐水水槽中，用铁架台固定，进行发酵实验。
3.4试验项目和方法
3.4.1干物质(TS)的测定。将原料在(105±5)℃的干燥箱中干燥至恒质量，失去的重量为水分的重量，剩下的为干物质的量。
3.4.2挥发性固体(VS)。(560±2)℃马弗炉中干燥至恒质量。
3.4.3日沼气产气量。向下排水集气法测定日产气量。
3.4.4pH值。用精密pH计测定仪测定pH值。
3.4.5COD。滴定法测COD浓度。吸取3ml水样，置于50ml具塞比色管的加热管中，加入1ml掩蔽剂，混匀，然后加入3ml消解液和5ml催化剂，旋紧密封盖，混匀。然后将加热器接通电源，待温度达到165℃时，再将加热管放入加热器中，打开机器开关，经过7min，待液体也达到165℃时，加热器会自动恢复零计时。加热器工作15min后会自动窑报70窑
时，
试验研究
现代农村科技
2018年第3期
冷却后用硫酸亚铁铵滴定，同时做空白实验。4结果与分析
4.1日产气量。图1为各处理的日产气量变化。图中数据显示，各处理启动后产气量缓慢增加。A组产气量波动最大，在15d、27d和30d有3个高峰期出现，分别为72ml、65ml和65ml，产气主要集中在11~17d和26~32d。B组波动较A组平缓，在15d时达到高峰期，为58ml，产气主要集中在13~17d。C组波动较大，在15d和27d达到高峰期，分别为58ml和61ml，产气主要集中在13~16d和24~31d。D组在15d时达到高峰期，产气主要集中在12~16d。E组在15d达到高峰期，产气主要集中在13~16d和25~35d。F组在24d达到高峰期，为84ml，产气主要在22~34d。G组在24d出现高峰期，为34ml，产气主要集中在20~26d。G组较为平缓，产气量最少，A、C两组产气量较高。粪秆配比对厌氧发酵产气速率有很大影响，在发酵初期就已经有明显变化，随着猪粪在混合物中所占比例的增加，能够被产甲烷菌利用的基质逐渐增加，产气量增加[11]，随着发酵反应的进行，基质越来越少，导致日产气量再逐渐降低。
图1各处理的日产气量
4.2日累积产气量。图2为各处理的日累积产气量变化。图中数据显示，在35℃条件下，将猪粪和秸秆不同配比进行厌氧发酵，产气量先是较为缓慢，随后增长迅速，在出现高峰期以后，产气值出现了几个小高峰，但是总体呈现下降趋势。A组增长迅速，而且日累积产气量最高。B组在13d时增长十分迅速，但是持续时间很短，并且增长率很低。C组相对来说增长较快，在14d时增长率明显增加，一直到36d时增长率降低。D组在22d时增长率明显增加，到33d时逐渐降低。E组在15d时增长率较快，39d时增长率递减，逐渐趋于0。F组在14d时增长迅速，在34d时增长率逐渐降低。但是G组变化极不明显，在发酵时间19d以后才呈现递增趋势，而且产气量与其他组相比较低。窑71窑
图2各处理的日累积产气量
4.3pH值变化。图3为不同粪秆比厌氧发酵对发酵液的影响。由图可知，7组不同粪秆比的发酵液，pH值先逐渐降低，再缓慢增加。G组在反应刚开始时迅速下降，之后较为稳定，在17d后，又突然增加。F组的pH值变化最慢，前期粪秆对发酵后的pH值影响并不大。在发酵后期，pH值基本趋于稳定。
图3不同粪秆比厌氧发酵对发酵液pH值影响
5试验结论
5.1试验表明，混合原料的配比是影响厌氧发酵产气效率的重要因素。猪粪和玉米秸秆混合发酵时，配比的不同影响着沼气的产量，以及相对应的产气效率。当猪粪和秸秆配比为1∶1时，累积产气量最大，产气速率也最大，猪粪和秸秆配比为4∶1时，累积产气量也相对较大。因此，厌氧发酵过程中，应该根据不同原料的产气特性，选择不同的配比，选择最合适的配比值，当然，要考虑温度是否是在35℃条件下进行，需要控制的变量很多，试验时要确认反应条件。
5.2在35℃下，猪粪和玉米秸秆不同配比下的累积产气量均是在29~43d达到峰值，可以得出，发酵周期的长短与猪粪和秸秆的不同配比无关，发酵周期的设定无需考虑猪粪和秸秆的配比情况。
5.3本试验讨论了在35℃条件下，只改变猪粪和玉米秸秆的配比对厌氧发酵产气效率的影响，如果需要在其他温度或者pH值下测定猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵对产气效率的影响，还需要进行更深的研究。
5.4粪秆比例能够显著影响厌氧发酵产气效率，粪便含量的增加增强了基质的缓冲能力，能够延长反
2018年第3期
现代农村科技
教育园地
初中英语课堂教学中青年教师需要注意的问题
王丽珍
渊滦南县宋道口镇初级中学河北滦南
初中英语课堂教学中，经常会有一些教师预料不到的事情发生，比如，有的学生上课打瞌睡，有的学生不认真听讲、爱搞小动作等等。类似的不良现象时有发生，青年教师血气方刚，遇到事情有时因为着急而出现处理欠妥的情况。那么，青年教师怎样做才能既调动学生学习英语的积极性，又确保课堂教学秩序井然？笔者根据自己多年的教育教学实践，总结出以下几点体会：
1教师自身素质必须提高
初中英语虽然涉及的英语知识不是很高深，但是初中学生正处于打基础的重要阶段，因此对教师的教学基本功提出了很高的要求。如音要读得准；板书要整洁漂亮；英语专业知识要渊博；课外知识要涉猎广泛，学生会认为老师多才多艺，愿意跟老师交流；教师批改作业的评语要有艺术性。另外教师短时间内记住全班学生的名字，学生也会增加对老师的好感度。所以，要想成为一名合格的初中英语教师，平时要多学习，不断丰富自己课内、课外各个方面的知识，打好有准备的仗。作为青年教师，除了加强英语方面的业务学习外，还要博览群书，网络上先进的理念、知识要择优而取。学生对教师产生了尊敬和崇拜、爱戴，就会增加对教师的信任感，这样，就能有效地减应时间，微生物的活性可以有效维持，猪粪能够作为缓冲材料，在一定程度上适当的增加猪粪可以促进厌氧发酵反应的进行。猪粪和玉米秸秆的混合发酵可以使厌氧发酵过程提前达到高峰期，增加沼气产量。
基金项目院衡水市科技局课题袁课题编号院2016L055遥
063500冤
少扰乱课堂秩序现象的发生。2注重课堂教学方式的灵活性
丰富的网络资源、多媒体软件的应用，对于提高初中英语课堂教学效率有着很大的帮助。青年教师要能够利用这些资源非常巧妙地设计课堂教学，通过情景设计导入新课，带领学生进入多彩的英语世界；通过灵活互动的授课模式和轻松愉悦的教学氛围，激发学生的英语学习兴趣，增强学习的积极性，再通过课后丰富多彩的英语实践活动，巩固学生所学的知识。青年教师在注重教学方式灵活性的基础上，还要注意学生学习能力的培养，但首先要打好基础，稳扎稳打循序渐进，这样最后才能收到最佳的教学效果。3培养幽默感
青年教师在提高英语素质的基础上，还要试着培养自己的幽默感，灵活处理课堂的突发事件。比如，学生课上睡觉，如果教师当场批评他，会引起他的反感，也给课堂教学带来不利的影响。如果教师说“那位学生，你是否不舒服？怎么趴在桌上了？必要的话，就请假去检查一下吧”，经过这么一说，那位学生也会因不好意思而主动坐好，认真听讲，这种润物细无声的巧妙做法很值得学习。
参考文献
[1]中华人民共和国令第二十三号袁全国人民代
表大会常务委员会关于修改叶中华人民共和国可再生能源法曳的决定[S].
[2]张广裕.农业废弃物处理及环境治理研究[J].甘肃农业通报袁2012(23)院52~53.
[3]王璐袁肖健.农作物秸秆利用技术现状及发展对策
[J].安徽农学通报袁2010袁16(15)院154~158.[4]张彤袁翟宁宁袁王晓娇袁等.初始pH值和物料配
比对高温混料厌氧发酵进程的影响[J].环境科学学报袁2016袁36(7)院2571~2579.
[5]王晓娇袁杨改河袁冯永忠袁等.鸡粪猪粪与秸秆混
合厌氧发酵配比参数优化[J].农业机械学报袁2013袁11(23)院10~12.
[6]WEILANDP.AnaerobicdigestioninGermany-statusandrecentdevelopment[J].Biodegradation袁2004袁11(6)院415~421.
[7]张鸣袁高天鹏袁常国华袁等.猪粪和羊粪与麦秆不
同配比中文厌氧发酵研究[J].环境工程学报袁2010袁9(04)院88~.
[8]楚莉莉.不同原料及其配比厌氧发酵产气效果研究
[D].西安院西北农林科技大学袁2008.
[9]段彦芳.中温混合厌氧发酵产沼气影响条件分析
及优化[D].哈尔滨院哈尔滨工业大学袁2015.[10]杨贵远.总固体浓度和粪秆比对沼气发酵的影响
[D].济南院山东农业大学袁2015.
[11]楚莉莉袁冯永忠袁李轶冰袁等.不同配比猪粪尧
小麦秸秆混合厌氧发酵产气特性研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学学报)袁2011袁39(2)院185~190.
窑72窑
