李玉宏，陳維鉛，薛仰全，李 濤

（1.甘肅省太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉 735000；2.酒泉新能源研究院，甘肅 酒泉 735000）

1 概述

進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)高等教育迅猛發(fā)展，辦學(xué)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，新校區(qū)、新校園持續(xù)擴(kuò)增，每所大學(xué)校區(qū)面積少則幾百上千畝，多則幾千畝，生態(tài)化園林化校園建設(shè)日新月異，樹木種類繁多數(shù)量巨大，校園植被覆蓋率不斷增加，花園式、林蔭式校園比比皆是，環(huán)境育人理念深入校園[1]。為確保校園樹木花草正常生長(zhǎng)，創(chuàng)造和維持園林式校園的美麗風(fēng)貌，就要不斷對(duì)園林植物進(jìn)行剪枝修形，這樣就會(huì)產(chǎn)生大量的生物質(zhì)廢棄物。每所高校每年修剪的生物質(zhì)少則幾噸，多則數(shù)十噸，這些廢棄生物質(zhì)的堆放和處理已經(jīng)成為高校的一大難題。如何有效處理這些剪枝修形產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物，成為許多高校亟待研究解決的問(wèn)題[2]。

現(xiàn)代高校的校園面積大，綠植覆蓋率都較高，樹木花草品種多，樹木保有量大，剪枝修形產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物較多[3]。以甘肅某高職院校為例，校園占地面積133.33hm2，據(jù)調(diào)查，校園現(xiàn)有常青樹14 種8000 多棵，落葉喬木26 種12000 多棵，各類灌木19 種，花卉草本種類繁多，種稙面積大，修剪這些花草樹木每年產(chǎn)生有機(jī)物殘枝近20t。目前，這些園林廢棄物未能得到有效處理，大多情況下堆放在校園的某個(gè)角落，當(dāng)作垃圾處理，占用較大的存放空間，給環(huán)衛(wèi)人員增加了較大的工作量。環(huán)衛(wèi)人員為了減少處理量進(jìn)行明火焚燒，不僅造成資源的巨大浪費(fèi)，而且污染校園環(huán)境。為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的氣候變化形勢(shì)，我國(guó)政府鄭重承諾，中國(guó)將在2030 年前達(dá)到碳排放峰值，2060 年前達(dá)到碳中和，這是一個(gè)十分艱巨的任務(wù)，意味著整個(gè)社會(huì)將逐步進(jìn)入低碳運(yùn)行時(shí)代[4]。作為高校，在資源利用、環(huán)境污染方面應(yīng)起到引領(lǐng)和示范作用，探索園林廢棄物高效、清潔的循環(huán)利用模式，將有效促進(jìn)生物質(zhì)廢棄物的資源化利用，為我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)碳排放目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。

本文以甘肅某高職院校為例，針對(duì)高校園林生物質(zhì)廢棄物處理難的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)園林典型生物質(zhì)進(jìn)行工業(yè)分析及熱值測(cè)量，探索研究其有機(jī)循環(huán)利用模式，降低環(huán)境污染，促進(jìn)高校園林建設(shè)持續(xù)發(fā)展和資源化利用，為高校園林廢棄物處理及循環(huán)利用提供借鑒[5]。

2 園林生物質(zhì)工業(yè)分析

為探索高校園林生物質(zhì)廢棄物循環(huán)利用模式，選用甘肅某所高職院校5 種典型樹種修剪殘枝進(jìn)行工業(yè)分析，研究其作為原料，制備生物質(zhì)成型燃料的可行性，為高校園林生物質(zhì)廢棄物處理提供有效途徑。

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品與測(cè)試

選用校園胡楊樹、沙棗樹、青海云杉、樟子松和丁香等典型樹種枝條若干作為研究對(duì)象，將其進(jìn)行自然風(fēng)干，然后粉碎至80 目，分別進(jìn)行水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳等工業(yè)分析，并測(cè)量其燃燒熱值，每種測(cè)試實(shí)驗(yàn)連續(xù)測(cè)試3 組數(shù)據(jù)，取其平均值。測(cè)試依據(jù) 《固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法》（GB/T 28731-2012）標(biāo)準(zhǔn)，《固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測(cè)定方法》（GB/T30727-2014）標(biāo)準(zhǔn)，并參照歐盟固體生物質(zhì)燃料技術(shù)規(guī)范（CEN/TC355）。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

灰分、揮發(fā)分采用XL-6A 高效智能馬弗爐測(cè)試，水分采用恒溫干燥箱測(cè)試，熱值采用SJLRY-501A 型微機(jī)全自動(dòng)量熱儀測(cè)試，該儀器設(shè)備均由鶴壁三杰儀器儀表有限公司提供。

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

表1 為校園典型生物質(zhì)工業(yè)分析和發(fā)熱量，工業(yè)分析包括水分、揮發(fā)分、灰分、固定碳的質(zhì)量比。從表1 可知，5 種典型樹枝試樣的全水分在2.92%～ 4.98%，都處于較低水平，其中胡楊枝試樣的全水分最低，樟子松枝試樣的全水分最高，含水量較少與酒泉市所處戈壁干燥氣候條件有明顯關(guān)系。水分含量與生物質(zhì)的燃燒性能有很大的關(guān)系，通常水分過(guò)大，可燃物質(zhì)含量相對(duì)減少，熱值降低，而且使點(diǎn)火變得困難，也影響燃燒速度。但適當(dāng)含量的水分吸出過(guò)程具“造孔效應(yīng)”，對(duì)燃燒是有利的[6]。該高校所有樹枝試樣的水分都能滿足瑞典生物質(zhì)顆粒燃料標(biāo)準(zhǔn)SS 187120 的參考值（≤10%）要求[7]。5 種典型樹枝試樣的揮發(fā)分比較均勻，介于77.29%～81.65%之間，差異不大，揮發(fā)分對(duì)生物質(zhì)的燃燒影響較大，由于揮發(fā)分的主要成分是生物質(zhì)熱解出的含有大量氫氣、甲烷、不飽和烴、一氧化碳等的可燃?xì)怏w，揮發(fā)分越高，則生物質(zhì)燃料越容易著火燃燒。5 種典型樹枝試樣的灰分值總體上較少，但也有一定差異，介于1.17%～ 3.30%之間，樟子松和胡楊灰分相對(duì)較高，可能由于胡楊和樟子松的樹皮較粗糙，木質(zhì)層相對(duì)較少所致。5 種典型樹枝試樣的固定碳值都較高，介于12.13%～17.89%之間，固定碳含量的多少與發(fā)熱量大小呈正向關(guān)系，從表1 中可以看出，云杉枝試樣的固定碳含量最高，其發(fā)熱量相應(yīng)最大。

表1 校園典型生物質(zhì)工業(yè)分析及發(fā)熱量

發(fā)熱量是評(píng)價(jià)生物質(zhì)作為燃料優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，5 種典型樹枝試樣的發(fā)熱量都較高，其中云杉枝試樣的發(fā)熱量最高為20.01 MJ/kg，胡楊枝試樣的發(fā)熱量最小為18.83 MJ/kg，其它3 種試樣發(fā)熱量都在19 MJ/kg 左右。從發(fā)熱量上看，這些樹枝都可作為優(yōu)質(zhì)燃料，均滿足SS187120的參考值（≥16.9 MJ/kg）要求。發(fā)熱量的大小與水分、灰分、固定碳等因素有關(guān)，圖1 和圖2 分別為校園典型生物質(zhì)固定碳、灰分與發(fā)熱量變化規(guī)律曲線。從圖可知，發(fā)熱量與灰分和固定碳含量的關(guān)系比較密切，基本呈線性規(guī)律，發(fā)熱量與固定碳呈正相關(guān)，與灰分含量呈負(fù)相關(guān)，灰分含量多的發(fā)熱量相對(duì)較小，固定碳含量多的發(fā)熱量相對(duì)較大。這是由于固定碳是主要可燃成分，生物質(zhì)的發(fā)熱量絕大多數(shù)是由含碳化合物通過(guò)燃燒發(fā)生氧化還原反應(yīng)生 成CO2產(chǎn)生的[8]。

圖1 發(fā)熱量隨固定碳含量變化趨勢(shì)

圖2 發(fā)熱量隨灰分含量變化趨勢(shì)

表2 對(duì)比了所選5 種園林生物質(zhì)工業(yè)分析數(shù)據(jù)與瑞典生物質(zhì)顆粒燃料標(biāo)準(zhǔn)（SS 187120），分析可知，實(shí)驗(yàn)試樣的發(fā)熱量及其他數(shù)值都優(yōu)于或達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，所選園林生物質(zhì)，不論是落葉喬木枝、常青樹木枝，還是灌木樹枝，都是比較優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)燃料。

表2 瑞典生物質(zhì)顆粒燃料（SS187120）標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

3 園林生物質(zhì)循環(huán)利用分析

生物質(zhì)成型燃料是以疏松、細(xì)碎的農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，通過(guò)擠壓成型質(zhì)地致密的顆粒狀燃料，具有高效、清潔、點(diǎn)火容易、CO2近零排放等優(yōu)點(diǎn)，可代替煤、石油、天然氣等化石燃料應(yīng)用于冬季取暖、發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域[9]。以高校園林熱值較高的修剪殘枝為原料，經(jīng)粉碎、擠壓成型，制備成生物質(zhì)顆粒燃料，便于倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸，亦可用于高校實(shí)訓(xùn)車間、安保室、農(nóng)林種植基地等難以集中供暖的地方清潔供暖，這不僅解決高校園林修剪廢棄物處理和污染環(huán)境問(wèn)題，而且可為清潔供暖提供燃料，是高校園林廢物資源化利用的有效途徑[10]。

高校園林生物質(zhì)廢棄物中，除了熱值較高的修剪殘枝外，還有大量的枯枝敗葉和花卉秸稈，其熱值相對(duì)較低，水分含量較高，不易用于制備生物質(zhì)成型燃料，但這些生物質(zhì)廢棄物中含有大量的氮、磷、鉀等生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)過(guò)堆肥處理是天然的有機(jī)肥料[11]。堆肥主要依靠自然界分布的高溫腐熟菌群、低溫腐熟菌群、功能性益生菌群等微生物，人為的促進(jìn)有機(jī)物降解，其所含生物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)豐富，且肥效長(zhǎng)而穩(wěn)定，有利于促進(jìn)土壤固粒結(jié)構(gòu)的形成，增加土壤保水、保溫、透氣等能力，還能有效彌補(bǔ)化肥營(yíng)養(yǎng)成分單一、保肥性能減退的缺陷。落葉、細(xì)枝、雜草、花卉秸稈等園林廢棄物均可在一定的條件下發(fā)酵制成有機(jī)肥料、土壤改良劑和花卉栽培基質(zhì)，經(jīng)處理后的廢棄物可為園林植物生長(zhǎng)所需要的各種營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)改良土壤結(jié)構(gòu)[12]。

以上述高校為例，以園林修剪枯枝敗葉、花卉秸稈為原料，與生物工程相關(guān)學(xué)科建設(shè)相結(jié)合，購(gòu)置篩選、粉碎、一體化好氧發(fā)酵堆肥技術(shù)裝備，將原料經(jīng)分類、粉碎、混合預(yù)處理，添加不同微生物和其他介質(zhì)進(jìn)行有氧發(fā)酵，測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，不斷翻轉(zhuǎn)、攪拌，保證廢棄物處于發(fā)酵狀態(tài)、完全腐熟。將所得肥料根據(jù)花卉培育基質(zhì)、土壤改良劑、花草種植等不同需求，施于校園花草樹下，改良土壤，增加肥力，實(shí)現(xiàn)園林修剪廢棄物循環(huán)利用[13]。

4 園林廢棄物資源化利用存在的問(wèn)題與建議

4.1 資源化利用意識(shí)不強(qiáng)

目前，對(duì)于園林廢棄物的處理主要以焚燒、堆放、丟棄為主，焚燒是最直接、最簡(jiǎn)單的處理方式，但極大的造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，多數(shù)人未能意識(shí)到這一點(diǎn)，認(rèn)為這種處理方式也是最有效的。人們未能充分認(rèn)識(shí)，在這煤、石油、天然氣等化石能源日益枯竭的時(shí)代，生物質(zhì)能是其主要的替代形式，園林廢棄物是主要的能源資源，它的合理利用，不僅緩解能源危機(jī)，降低環(huán)境污染，而且改變我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[14]。高校應(yīng)高度重視園林修剪廢棄物的資源化循環(huán)利用，與相應(yīng)的學(xué)科建設(shè)相結(jié)合，購(gòu)置生物質(zhì)粉碎、擠壓成型設(shè)備，將熱值較高的修剪殘枝粉碎壓制成顆粒燃料，作為清潔燃料用于實(shí)訓(xùn)車間冬季供暖或者外銷增加收入。建立園林廢棄物資源化利用長(zhǎng)效機(jī)制，鼓勵(lì)學(xué)校環(huán)衛(wèi)工人有意識(shí)的收集修剪廢棄物集中處理，熱值較低的細(xì)枝敗葉和花卉秸稈粉碎后堆肥還田使用。

4.2 資源化利用成本高

園林廢棄物資源化處理，相對(duì)于直接焚燒、掩埋等粗放式處理，需購(gòu)置粉碎、成型、燃燒、堆肥等技術(shù)裝備和雇傭?qū)I(yè)的技術(shù)工人，增加投入成本和用工成本。對(duì)于園林面積有限、修形剪枝量小，或者成型顆粒燃料用途不多的高校，廢棄物資源化利用投入設(shè)備和人工大，獲得效益低，可與當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)成型燃料生產(chǎn)公司合作，委托企業(yè)維護(hù)、修剪園林，處理園林修剪廢棄物，高校減輕了園林廢棄物處理負(fù)擔(dān)，企業(yè)獲得了一定經(jīng)濟(jì)效益[15]。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)高校園林面積不斷增加，修形剪枝廢棄物產(chǎn)量日益增大，其資源化循環(huán)利用任重道遠(yuǎn)，政府應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)鼓勵(lì)政策，給予一定開發(fā)利用經(jīng)費(fèi)支持，激勵(lì)高校將園林廢棄物資源化利用與學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)相結(jié)合，開設(shè)園林修形、廢棄物成型、堆肥等課程實(shí)踐實(shí)訓(xùn)，引導(dǎo)學(xué)生參與高校園林維護(hù)與廢棄物資源化利用進(jìn)程。學(xué)生在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，掌握?qǐng)@林維護(hù)、生物質(zhì)成型燃料制備、堆肥技術(shù)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)，提高園林廢棄物資源化利用意識(shí)，促進(jìn)學(xué)科建設(shè)與學(xué)校發(fā)展。熱值較高的園林修剪殘枝經(jīng)粉碎壓制成型，制備顆粒燃料是其資源化利用的有效途徑，不僅解決高校園林廢棄物處理問(wèn)題，而且具有較大的環(huán)境效益。熱值較低的枯枝敗葉和花卉秸稈，含有較豐富植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，通過(guò)堆肥技術(shù)制成有機(jī)肥培育花卉、施于園林花草樹下，增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高肥效，促進(jìn)園林植被生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)園林廢棄物有機(jī)循環(huán)利用，對(duì)于建立綠色生態(tài)化、園林化校園具有重要的意義。