城市綠化垃圾的資源化應用創新實驗

張志綱　吳梅花　曾慶萍　趙瑩瑩　特日格樂

【摘 要】創新實驗為學生提供了科研平臺，培養了學生的創新思維。本文以城市綠化垃圾的資源化應用創新實驗為例，探討了學生創新實驗如何選題，方案設計，數據分析。最后，對創新實驗談了自己的收獲及問題。

【關鍵詞】創新實驗；綠化垃圾；資源化

【Abstract】Innovation experiment Provides students with the scientific research platform， cultivating the students creative thinking. Based on the urban greening waste recycling application innovation experiment as an example，how to choice， design and data sorting is discussed.Finally， the article summarized the harvest and the problems

【Key words】Innovation experiment； Green waste； Recycling application

0 引言

創新實驗通過學生對所學專業課的拓展，以學校基本實驗平臺為基礎，結合當今科研領域的新方向，引導大學生從被動的學習到主動探索 、調動學生積極性的一種新的教學模式。綠化垃圾是指落葉、枯枝以及城市綠化美化和郊區林業撫育、果樹修剪作業過程中產生的樹木枝干、草屑及其他修剪物等 生物質廢棄物。本文以城市綠化垃圾的資源化利用創新實驗為例，研究創新實驗的如何選題，方案設計，收獲及出現的問題。

1 創新實驗的選題思路

創新實驗選題應具有創新性、實踐性、可行性、發展性的性質[1]應盡量結合專業方向，以所學的知識做鋪墊，難易適當，具有一定的科學研究性質。

本創新實驗結合當今能源的日漸短缺和環境問題的日益突出，現在國家大力推廣可再生能源。其中生物質能是指把光能以化學能形式儲存起來 的有機物質，是一種可再生、環境友好、可持續發展的清潔能源。因生物質不僅來源廣泛，而且生物質能中硫含量和灰分含量較低，利用過程中對環境污染小，不會增加自然界碳的循環總量，對于未來的能源戰略具有深遠意義。[2]同學們發現城市每年都有大量的園林綠化垃圾被填埋和焚燒，即污染環境又造成浪費能源，我們就以此作為創新點，由于我們本專業性質是能源應用專業，同時本學期鍋爐課程開設了煤的發熱量實驗，學生已對燃料的工業成分分析，發熱量測定有了一定的實踐和理論基礎，我們就可以把生物質能的研究引入到實驗室，研究生物質能的發熱量和工業分析成分，統計每年烏魯木齊市綠化垃圾的產生量，如果合理利用會節約多少熱量。這樣，創新實驗的選題來自于本科生實踐性教學環節，學生有一定的理論和實踐基礎，就可以利用學校現有的實驗設備自主完成實驗，實驗具有可行性，同時將教學和科研有機的聯系到一起，為以后生物質能合理有效利用奠定了一定的研究基礎。

2 創新實驗的方案設計

創新實驗的方案設計應結合選題內容及預期實現的目標展開。本次創新實驗采用老師確定整個創新實驗的技術路線，預定完成的任務，同學結合技術路線和任務進行具體細化。學生根據技術路線查閱相關資料，方案設計如下：

1.首先對綠化垃圾進行分類統計，主要分為三類：灌木、喬木、草本。統計烏魯木齊的總綠化覆蓋面積，其中三類占百分比。實現方法：第一，可以采用衛星或航空遙感影像資料（谷歌地圖）測定綠化面積。第二，聯系園林規劃局，找上年度的核查上報的統計資料。

2.其次測定綠化垃圾的發熱量。實現方法：根據國家標準GBT 30727-2014《固體生物質燃料發熱量測定方法》，采用本校實驗室的氧彈量熱計進行測量。

3.分析綠化垃圾的工業分析成分，這部分實驗由于我校沒設備，到煤炭設計院測試，根據國家標準GBT 28731-2012《固體生物質燃料工業分析方法》，這個測試的目的是為固體生物質燃料應用技術提供基礎數據，如果用于燃燒，燃燒設備的結構應注意哪些問題，緊密結合本專業方向。

4.計算每年綠化垃圾的產生量。實現方法：第一，根據單位面積的綠化垃圾的生產量計算。第二，可以采用實測法，取一定的樣方，喬木10*10m2，灌木4*4m2、草本1*1m2，然后根據綠化率來估算。

3 創新實驗的組織與實施

本次創新實驗由四位同學組成小組，以自愿參加的原則，擇優選擇平時成績較好的同學，利用平時和寒暑假時間，分工合作，周期一年，整個創新實驗分成四個階段：

1.查閱有關生物質能方面的文獻資料。

2.根據創新實驗的題目和目的，確定設計方案。

3.分割任務，各取所長，讓每個同學都參與到實驗中來。

4.進行實驗數據處理，總結。

4 創新實驗結論

4.1 生物質燃料的的發熱量

根據GB/T30727-2014《固體生物質燃料發熱量測定方法》，我們將采集到的樣品經粉碎后取 1.0000g，采用氧彈式熱量計測定其熱值。每份樣品 3 次重復，重復間誤差控制在±0.2kJ·g-1。每次實驗前用苯甲酸標定，得出生物質燃料的的發熱量（如表1）：

4.2 工業分析成分

根據GB/T 28731-2012《固體生物質燃料工業分析方法》， 稱取20g樣品，置于鼓風干燥箱內（105 ～110℃）用空氣流干燥，到質量恒定，根據試樣的質量損失計算水的質量分 數，將一定量的樣品放在帶蓋的瓷坩堝中，放入（900±10）℃馬弗爐中，隔絕空氣加熱7 min，以減少的質量占原質量的分數，減去該試樣的水分質量分數就得到揮發分。稱取一定量試樣，放人型箱馬弗爐中，以一定的速度加熱到（815±10）℃，灰化并灼燒到質量恒定。以殘留物的質量占原樣質量的質量分數作為試樣的灰分。除去水分、揮發分、灰分，剩余就是固定碳含量。測得生物質燃料的工業分析成分（如表2）：

4.3 元素分析成分

生物質能的元素分析成分，根據煤炭設計院測定數據知（如表3）：

4.4 結論分析對比總結

4.4.1 綠化垃圾和煤作為燃料的對比分析

以下煙煤的發熱量，工業分析成分及元素分析成分（如表4）：

對比綠化垃圾（生物質燃料）和煤的工業分析成分可以看出，綠化垃圾的（生物質燃料）揮發分含量很高，達到80%，遠高于煤，故其點火性能和燃燒性能都比煤好，屬于高活性燃料；碳含量為15%，遠低于煤，故其熱值比煤低。N含量為0.5%～3%，S含量僅為0.1%～0.5%，燃燒時 NOx 排放量僅為煤的 1/5，SO2的排放量僅為煤的 1/10[3]。得出結論，綠化垃圾（生物質燃料）用于燃燒設備是一種優質、清潔、高效的燃料。

4.4.2 綠化垃圾（生物質燃料）發熱量統計

根據園林規劃局的統計資料，烏魯木齊的綠化覆蓋面積26902公頃，我市建成區綠化覆蓋面積中喬、灌木所占比率達68.97%。每平方米綠地每年產生綠化垃圾量約為0.0015噸，這樣一年烏魯木齊的綠化垃圾的產生量為：40.35×104噸/年，這些綠化垃圾的發熱量7119.7819GJ/年，如果按現在的節能建筑住宅供熱熱指標45W/m2，烏魯木齊的采暖期天數149天計算，烏魯木齊市的綠化垃圾的發熱量可以供1.3萬平方米的住宅一個采暖季的用熱量。所以這個發熱量是相當可觀的，應當合理利用。

5 創新實驗收獲與體會

5.1 創新實驗收獲

這次創新實驗，學生學生學會了獨立思考，查閱文獻，創新思維能力都得到了顯著的提高。從開始方案設計，遇到了很多問題，比如測植物的發熱量和測煤的發熱量的區別，燒不著怎么辦，工業分析成分學校沒有試驗設備怎么辦，到具體試驗中，數據的如何整理，學生翻閱了大量的書籍、文獻，最終都一一解決。同時學生拓展了知識面，對生物質能有了感性的認識，將來可以繼續從事生物質能方面的研究。

5.2 創新實驗存在的問題和不足

5.2.1 學生的選擇

創新實驗為期一年，學生從大三升到大四，要考研，考公務員，找工作，沒有足夠的時間精力，所以項目前期充滿熱情，后期研究時間無法保障。建議選學生應在大二的學生中選，而且應選對科研感興趣的，能吃苦愿意付出的參加。

5.2.2 學生綜合能力有待提高

本科生在解決具體問題方面的能力，與研究生相比還存在一定的差距，因此學生選題過于依賴老師[4]，建議可以把研究生引入本科生創新實驗中來，提高本科生的科研能力。

【參考文獻】

[1]盛蘇英.實驗室研究與探索創新實驗項目建設的實踐[J].中國能源，2011，30（9）：107-110.

[2]王清成，蔡建軍.生物質燃料綜合應用技術研究進展[J].上海節能，2014（12）：29-35.

[3]劉圣勇，陳開碇，張百良.國內外生物質成型燃料及燃燒設備研究與開發現狀[J].可再生能源，2002，4：14-15.

[4]何建云，周瑋.大學生創新實驗對實踐教學的影響[J].科教導刊，2014（34）：188-189.

[責任編輯：楊玉潔]