城市绿化垃圾的资源化应用创新实验

张志纲　吴梅花　曾庆萍　赵莹莹　特日格乐

【摘 要】创新实验为学生提供了科研平台，培养了学生的创新思维。本文以城市绿化垃圾的资源化应用创新实验为例，探讨了学生创新实验如何选题，方案设计，数据分析。最后，对创新实验谈了自己的收获及问题。

【关键词】创新实验；绿化垃圾；资源化

【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

创新实验通过学生对所学专业课的拓展，以学校基本实验平台为基础，结合当今科研领域的新方向，引导大学生从被动的学习到主动探索 、调动学生积极性的一种新的教学模式。绿化垃圾是指落叶、枯枝以及城市绿化美化和郊区林业抚育、果树修剪作业过程中产生的树木枝干、草屑及其他修剪物等 生物质废弃物。本文以城市绿化垃圾的资源化利用创新实验为例，研究创新实验的如何选题，方案设计，收获及出现的问题。

1 创新实验的选题思路

创新实验选题应具有创新性、实践性、可行性、发展性的性质[1]应尽量结合专业方向，以所学的知识做铺垫，难易适当，具有一定的科学研究性质。

本创新实验结合当今能源的日渐短缺和环境问题的日益突出，现在国家大力推广可再生能源。其中生物质能是指把光能以化学能形式储存起来 的有机物质，是一种可再生、环境友好、可持续发展的清洁能源。因生物质不仅来源广泛，而且生物质能中硫含量和灰分含量较低，利用过程中对环境污染小，不会增加自然界碳的循环总量，对于未来的能源战略具有深远意义。[2]同学们发现城市每年都有大量的园林绿化垃圾被填埋和焚烧，即污染环境又造成浪费能源，我们就以此作为创新点，由于我们本专业性质是能源应用专业，同时本学期锅炉课程开设了煤的发热量实验，学生已对燃料的工业成分分析，发热量测定有了一定的实践和理论基础，我们就可以把生物质能的研究引入到实验室，研究生物质能的发热量和工业分析成分，统计每年乌鲁木齐市绿化垃圾的产生量，如果合理利用会节约多少热量。这样，创新实验的选题来自于本科生实践性教学环节，学生有一定的理论和实践基础，就可以利用学校现有的实验设备自主完成实验，实验具有可行性，同时将教学和科研有机的联系到一起，为以后生物质能合理有效利用奠定了一定的研究基础。

2 创新实验的方案设计

创新实验的方案设计应结合选题内容及预期实现的目标展开。本次创新实验采用老师确定整个创新实验的技术路线，预定完成的任务，同学结合技术路线和任务进行具体细化。学生根据技术路线查阅相关资料，方案设计如下：

1.首先对绿化垃圾进行分类统计，主要分为三类：灌木、乔木、草本。统计乌鲁木齐的总绿化覆盖面积，其中三类占百分比。实现方法：第一，可以采用卫星或航空遥感影像资料（谷歌地图）测定绿化面积。第二，联系园林规划局，找上年度的核查上报的统计资料。

2.其次测定绿化垃圾的发热量。实现方法：根据国家标准GBT 30727-2014《固体生物质燃料发热量测定方法》，采用本校实验室的氧弹量热计进行测量。

3.分析绿化垃圾的工业分析成分，这部分实验由于我校没设备，到煤炭设计院测试，根据国家标准GBT 28731-2012《固体生物质燃料工业分析方法》，这个测试的目的是为固体生物质燃料应用技术提供基础数据，如果用于燃烧，燃烧设备的结构应注意哪些问题，紧密结合本专业方向。

4.计算每年绿化垃圾的产生量。实现方法：第一，根据单位面积的绿化垃圾的生产量计算。第二，可以采用实测法，取一定的样方，乔木10*10m2，灌木4*4m2、草本1*1m2，然后根据绿化率来估算。

3 创新实验的组织与实施

本次创新实验由四位同学组成小组，以自愿参加的原则，择优选择平时成绩较好的同学，利用平时和寒暑假时间，分工合作，周期一年，整个创新实验分成四个阶段：

1.查阅有关生物质能方面的文献资料。

2.根据创新实验的题目和目的，确定设计方案。

3.分割任务，各取所长，让每个同学都参与到实验中来。

4.进行实验数据处理，总结。

4 创新实验结论

4.1 生物质燃料的的发热量

根据GB/T30727-2014《固体生物质燃料发热量测定方法》，我们将采集到的样品经粉碎后取 1.0000g，采用氧弹式热量计测定其热值。每份样品 3 次重复，重复间误差控制在±0.2kJ·g-1。每次实验前用苯甲酸标定，得出生物质燃料的的发热量（如表1）：

4.2 工业分析成分

根据GB/T 28731-2012《固体生物质燃料工业分析方法》， 称取20g样品，置于鼓风干燥箱内（105 ～110℃）用空气流干燥，到质量恒定，根据试样的质量损失计算水的质量分 数，将一定量的样品放在带盖的瓷坩埚中，放入（900±10）℃马弗炉中，隔绝空气加热7 min，以减少的质量占原质量的分数，减去该试样的水分质量分数就得到挥发分。称取一定量试样，放人型箱马弗炉中，以一定的速度加热到（815±10）℃，灰化并灼烧到质量恒定。以残留物的质量占原样质量的质量分数作为试样的灰分。除去水分、挥发分、灰分，剩余就是固定碳含量。测得生物质燃料的工业分析成分（如表2）：

4.3 元素分析成分

生物质能的元素分析成分，根据煤炭设计院测定数据知（如表3）：

4.4 结论分析对比总结

4.4.1 绿化垃圾和煤作为燃料的对比分析

以下烟煤的发热量，工业分析成分及元素分析成分（如表4）：

对比绿化垃圾（生物质燃料）和煤的工业分析成分可以看出，绿化垃圾的（生物质燃料）挥发分含量很高，达到80%，远高于煤，故其点火性能和燃烧性能都比煤好，属于高活性燃料；碳含量为15%，远低于煤，故其热值比煤低。N含量为0.5%～3%，S含量仅为0.1%～0.5%，燃烧时 NOx 排放量仅为煤的 1/5，SO2的排放量仅为煤的 1/10[3]。得出结论，绿化垃圾（生物质燃料）用于燃烧设备是一种优质、清洁、高效的燃料。

4.4.2 绿化垃圾（生物质燃料）发热量统计

根据园林规划局的统计资料，乌鲁木齐的绿化覆盖面积26902公顷，我市建成区绿化覆盖面积中乔、灌木所占比率达68.97%。每平方米绿地每年产生绿化垃圾量约为0.0015吨，这样一年乌鲁木齐的绿化垃圾的产生量为：40.35×104吨/年，这些绿化垃圾的发热量7119.7819GJ/年，如果按现在的节能建筑住宅供热热指标45W/m2，乌鲁木齐的采暖期天数149天计算，乌鲁木齐市的绿化垃圾的发热量可以供1.3万平方米的住宅一个采暖季的用热量。所以这个发热量是相当可观的，应当合理利用。

5 创新实验收获与体会

5.1 创新实验收获

这次创新实验，学生学生学会了独立思考，查阅文献，创新思维能力都得到了显著的提高。从开始方案设计，遇到了很多问题，比如测植物的发热量和测煤的发热量的区别，烧不着怎么办，工业分析成分学校没有试验设备怎么办，到具体试验中，数据的如何整理，学生翻阅了大量的书籍、文献，最终都一一解决。同时学生拓展了知识面，对生物质能有了感性的认识，将来可以继续从事生物质能方面的研究。

5.2 创新实验存在的问题和不足

5.2.1 学生的选择

创新实验为期一年，学生从大三升到大四，要考研，考公务员，找工作，没有足够的时间精力，所以项目前期充满热情，后期研究时间无法保障。建议选学生应在大二的学生中选，而且应选对科研感兴趣的，能吃苦愿意付出的参加。

5.2.2 学生综合能力有待提高

本科生在解决具体问题方面的能力，与研究生相比还存在一定的差距，因此学生选题过于依赖老师[4]，建议可以把研究生引入本科生创新实验中来，提高本科生的科研能力。

【参考文献】

[1]盛苏英.实验室研究与探索创新实验项目建设的实践[J].中国能源，2011，30（9）：107-110.

[2]王清成，蔡建军.生物质燃料综合应用技术研究进展[J].上海节能，2014（12）：29-35.

[3]刘圣勇，陈开碇，张百良.国内外生物质成型燃料及燃烧设备研究与开发现状[J].可再生能源，2002，4：14-15.

[4]何建云，周玮.大学生创新实验对实践教学的影响[J].科教导刊，2014（34）：188-189.

[责任编辑：杨玉洁]