高校園林生物質廢棄物資源化利用探索研究＊

李玉宏，陳維鉛，薛仰全，李 濤

（1.甘肅省太陽能發電系統工程重點實驗室，酒泉職業技術學院，甘肅 酒泉 735000；2.酒泉新能源研究院，甘肅 酒泉 735000）

1 概述

進入21 世紀以來，我國高等教育迅猛發展，辦學規模持續擴大，新校區、新校園持續擴增，每所大學校區面積少則幾百上千畝，多則幾千畝，生態化園林化校園建設日新月異，樹木種類繁多數量巨大，校園植被覆蓋率不斷增加，花園式、林蔭式校園比比皆是，環境育人理念深入校園[1]。為確保校園樹木花草正常生長，創造和維持園林式校園的美麗風貌，就要不斷對園林植物進行剪枝修形，這樣就會產生大量的生物質廢棄物。每所高校每年修剪的生物質少則幾噸，多則數十噸，這些廢棄生物質的堆放和處理已經成為高校的一大難題。如何有效處理這些剪枝修形產生的有機廢棄物，成為許多高校亟待研究解決的問題[2]。

現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，剪枝修形產生的有機廢棄物較多[3]。以甘肅某高職院校為例，校園占地面積133.33hm2，據調查，校園現有常青樹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生有機物殘枝近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角落，當作垃圾處理，占用較大的存放空間，給環衛人員增加了較大的工作量。環衛人員為了減少處理量進行明火焚燒，不僅造成資源的巨大浪費，而且污染校園環境。為應對日益嚴峻的氣候變化形勢，我國政府鄭重承諾，中國將在2030 年前達到碳排放峰值，2060 年前達到碳中和，這是一個十分艱巨的任務，意味著整個社會將逐步進入低碳運行時代[4]。作為高校，在資源利用、環境污染方面應起到引領和示范作用，探索園林廢棄物高效、清潔的循環利用模式，將有效促進生物質廢棄物的資源化利用，為我國早日實現碳排放目標做出貢獻。

本文以甘肅某高職院校為例，針對高校園林生物質廢棄物處理難的問題，通過對園林典型生物質進行工業分析及熱值測量，探索研究其有機循環利用模式，降低環境污染，促進高校園林建設持續發展和資源化利用，為高校園林廢棄物處理及循環利用提供借鑒[5]。

2 園林生物質工業分析

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

2.1 實驗樣品與測試

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象，將其進行自然風干，然后粉碎至80 目，分別進行水分、灰分、揮發分、固定碳等工業分析，并測量其燃燒熱值，每種測試實驗連續測試3 組數據，取其平均值。測試依據 《固體生物質燃料工業分析方法》（GB/T 28731-2012）標準，《固體生物質燃料發熱量測定方法》（GB/T30727-2014）標準，并參照歐盟固體生物質燃料技術規范（CEN/TC355）。

2.2 實驗儀器

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

2.3 實驗數據與分析

表1 為校園典型生物質工業分析和發熱量，工業分析包括水分、揮發分、灰分、固定碳的質量比。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系。水分含量與生物質的燃燒性能有很大的關系，通常水分過大，可燃物質含量相對減少，熱值降低，而且使點火變得困難，也影響燃燒速度。但適當含量的水分吸出過程具“造孔效應”，對燃燒是有利的[6]。該高校所有樹枝試樣的水分都能滿足瑞典生物質顆粒燃料標準SS 187120 的參考值（≤10%）要求[7]。5 種典型樹枝試樣的揮發分比較均勻，介于77.29%～81.65%之間，差異不大，揮發分對生物質的燃燒影響較大，由于揮發分的主要成分是生物質熱解出的含有大量氫氣、甲烷、不飽和烴、一氧化碳等的可燃氣體，揮發分越高，則生物質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較高，可能由于胡楊和樟子松的樹皮較粗糙，木質層相對較少所致。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熱量大小呈正向關系，從表1 中可以看出，云杉枝試樣的固定碳含量最高，其發熱量相應最大。

表1 校園典型生物質工業分析及發熱量

發熱量是評價生物質作為燃料優劣的一個重要參數，從實驗數據分析，5 種典型樹枝試樣的發熱量都較高，其中云杉枝試樣的發熱量最高為20.01 MJ/kg，胡楊枝試樣的發熱量最小為18.83 MJ/kg，其它3 種試樣發熱量都在19 MJ/kg 左右。從發熱量上看，這些樹枝都可作為優質燃料，均滿足SS187120的參考值（≥16.9 MJ/kg）要求。發熱量的大小與水分、灰分、固定碳等因素有關，圖1 和圖2 分別為校園典型生物質固定碳、灰分與發熱量變化規律曲線。從圖可知，發熱量與灰分和固定碳含量的關系比較密切，基本呈線性規律，發熱量與固定碳呈正相關，與灰分含量呈負相關，灰分含量多的發熱量相對較小，固定碳含量多的發熱量相對較大。這是由于固定碳是主要可燃成分，生物質的發熱量絕大多數是由含碳化合物通過燃燒發生氧化還原反應生 成CO2產生的[8]。

圖1 發熱量隨固定碳含量變化趨勢

圖2 發熱量隨灰分含量變化趨勢

表2 對比了所選5 種園林生物質工業分析數據與瑞典生物質顆粒燃料標準（SS 187120），分析可知，實驗試樣的發熱量及其他數值都優于或達到標準要求，所選園林生物質，不論是落葉喬木枝、常青樹木枝，還是灌木樹枝，都是比較優質的生物質燃料。

表2 瑞典生物質顆粒燃料（SS187120）標準與實驗數據對比

3 園林生物質循環利用分析

生物質成型燃料是以疏松、細碎的農業廢棄物為原料，通過擠壓成型質地致密的顆粒狀燃料，具有高效、清潔、點火容易、CO2近零排放等優點，可代替煤、石油、天然氣等化石燃料應用于冬季取暖、發電等工業領域[9]。以高校園林熱值較高的修剪殘枝為原料，經粉碎、擠壓成型，制備成生物質顆粒燃料，便于倉儲和運輸，亦可用于高校實訓車間、安保室、農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境問題，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，其熱值相對較低，水分含量較高，不易用于制備生物質成型燃料，但這些生物質廢棄物中含有大量的氮、磷、鉀等生物生長所需的營養元素，經過堆肥處理是天然的有機肥料[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，人為的促進有機物降解，其所含生物生長營養豐富，且肥效長而穩定，有利于促進土壤固粒結構的形成，增加土壤保水、保溫、透氣等能力，還能有效彌補化肥營養成分單一、保肥性能減退的缺陷。落葉、細枝、雜草、花卉秸稈等園林廢棄物均可在一定的條件下發酵制成有機肥料、土壤改良劑和花卉栽培基質，經處理后的廢棄物可為園林植物生長所需要的各種營養元素，同時改良土壤結構[12]。

以上述高校為例，以園林修剪枯枝敗葉、花卉秸稈為原料，與生物工程相關學科建設相結合，購置篩選、粉碎、一體化好氧發酵堆肥技術裝備，將原料經分類、粉碎、混合預處理，添加不同微生物和其他介質進行有氧發酵，測定各項指標，不斷翻轉、攪拌，保證廢棄物處于發酵狀態、完全腐熟。將所得肥料根據花卉培育基質、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，實現園林修剪廢棄物循環利用[13]。

4 園林廢棄物資源化利用存在的問題與建議

4.1 資源化利用意識不強

目前，對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、最簡單的處理方式，但極大的造成資源浪費和環境污染，多數人未能意識到這一點，認為這種處理方式也是最有效的。人們未能充分認識，在這煤、石油、天然氣等化石能源日益枯竭的時代，生物質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，降低環境污染，而且改變我國能源消費結構，促進經濟發展[14]。高校應高度重視園林修剪廢棄物的資源化循環利用，與相應的學科建設相結合，購置生物質粉碎、擠壓成型設備，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訓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效機制，鼓勵學校環衛工人有意識的收集修剪廢棄物集中處理，熱值較低的細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，相對于直接焚燒、掩埋等粗放式處理，需購置粉碎、成型、燃燒、堆肥等技術裝備和雇傭專業的技術工人，增加投入成本和用工成本。對于園林面積有限、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備和人工大，獲得效益低，可與當地生物質成型燃料生產公司合作，委托企業維護、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擔，企業獲得了一定經濟效益[15]。

4 結語

我國高校園林面積不斷增加，修形剪枝廢棄物產量日益增大，其資源化循環利用任重道遠，政府應出臺相應鼓勵政策，給予一定開發利用經費支持，激勵高校將園林廢棄物資源化利用與學科建設和人才培養相結合，開設園林修形、廢棄物成型、堆肥等課程實踐實訓，引導學生參與高校園林維護與廢棄物資源化利用進程。學生在實踐實訓過程中，掌握園林維護、生物質成型燃料制備、堆肥技術等相關專業知識，提高園林廢棄物資源化利用意識，促進學科建設與學校發展。熱值較高的園林修剪殘枝經粉碎壓制成型，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題，而且具有較大的環境效益。熱值較低的枯枝敗葉和花卉秸稈，含有較豐富植物生長所需的營養元素，通過堆肥技術制成有機肥培育花卉、施于園林花草樹下，增加土壤有機質，提高肥效，促進園林植被生長，實現園林廢棄物有機循環利用，對于建立綠色生態化、園林化校園具有重要的意義。