固废资源化教学中的互动情境设置与思考*

万祥龙，刘　银，张　雷，李孟婷，闵凡飞

(安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽　淮南　232001)



固废资源化教学中的互动情境设置与思考*

万祥龙，刘银，张雷，李孟婷，闵凡飞

(安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南232001)

在固废资源化教学过程中，根据固体废弃物利用的技术与原则设置互动教学情境，引发学生对资源化利用的思考，并在此过程中加深对资源化原则的理解。以农作物秸秆资源化利用为例，对秸秆的存在特点与当前的利用技术设置教学情境，根据废弃物处理原则对秸秆的综合利用提出可能的处理方案，对当前秸秆资源化利用中遇到的问题积极思考，提高教学质量。

互动情境设置；固体废弃物；处理与处置；农作物秸秆

固废资源化利用是在我国经济由粗放到集约型发展的大环境下日益受到重视的一个问题，固废资源化利用也是资源循环专业学生的学习重点与难点。本文以农作物秸秆物为例，设置互动情境教学，发挥学生的主观能动性，在教学中引导学生对农作物秸秆资源化利用的思考。据估算我国的农作物秸秆每年产量8.4亿吨左右，综合利用情况不到10%，约有23.7%左右的秸秆被焚烧或闲置[1]。国家发改委与农业部2009年第378号文件是关于我国农作物秸秆综合利用规划的指导意见的通知，但秸秆焚烧问题还是屡禁不改。这一方面可能是由于农民们的环保意识不强，另一方面要推动针对农作物秸秆综合处理的技术的不断进步。因此以农作物秸秆当前的综合利用为例，在教学中设置互动情境，引导学生参与思考并对现状提出应对建议，对资源循环专业的学生灵活掌握固废资源化原则是非常必要的。

1　根据秸秆资源的存在特点设置互动情境

根据秸秆资源的存在特点，让学生们积极思考相应的处理方案与工艺，设置不同的情境，引导学生根据特点进行讨论。

(1) 由于我国地域广阔，农业作物具有很强的地域性。如我国东北以水稻、高粱和小麦的秸秆等较为常见，长江流域以水稻、油菜和小麦的秸秆等为主，西部的经济作物如甘蔗、棉花等的秸秆较多。因此必须要考虑这种地域性，不同类的农作物秸秆需要因地制宜的加以综合利用。设置学生对地域性进行思考的问题，讨论具有本地特色的秸秆处理方法与工艺，能帮助学生更好的理解秸秆资源化方法须与当地实际相结合。

(2) 农作物秸秆产生的季节性，这与农作物生长的周期和季节有关，这种季节性的来源是导致秸秆综合利用技术发展受到严重制约的原因之一。设置考虑原料的季节性问题，让学生们主动思考季节性对处理工艺及规模的选择的影响，如何避免盲目性的投资生产。

(3) 收集贮运问题是秸秆工业化综合利用的重要前提，在我国秸秆的人工收集与机械收集是并存的。人工收集成本较高，一般只会出现在不适用机械进行收集的区域。机械收集是可以节省人工成本，收集打包的质量高，可以在适合机械化的地区进行应用。设置贮运问题的情境，能帮助学生理解农作物秸秆处理过程中遇到经济问题，并引导学生思索解决问题的方案。

2　根据当前秸秆主要的综合利用技术设置互动情境

秸秆的综合利用过程不仅要考虑到技术上和经济上的可行性，还要考虑最终产品要能达到国家标准，符合市场的需求。当前秸秆的主要综合利用技术有以下方面。

(1) 肥料化技术

秸秆肥料化技术主要是指秸秆机械粉碎还田[2]、快速腐熟还田、保护性耕作等方式以及利用生物反应进行堆肥等技术。这种方式能解决大规模处理秸秆中遇到的贮运问题，节约了成本，主要存在的问题是秸秆的腐熟时间较长。针对这样的处理工艺，引导学生去思考如何快速腐熟秸秆，如粉碎的程度，不同菌种的加入及后期影响等。

(2) 饲料化技术

秸秆饲料化技术主要是通过物理、化学或生物方法处理后得到动物饲料的方法[3]，通过动物过腹还田。这种技术是一种具有广阔推广价值的资源化利用方法，存在的问题是秸秆的季节性和饲料化后的贮运问题，过腹还田是需要在秸秆主要产区建立相应的畜牧业配套工厂等。这种技术有助于引导学生对农业与畜牧业想结合的考虑，是一种较为理想的现代农业模式。

(3) 燃料化技术

秸秆的燃料化技术包括对秸秆的直接利用与间接利用两个方面[4]。直接利用是指对秸秆固化成型后当成燃料和直接发电；间接利用是指秸秆的沼气化、热解气化、干馏等。当前沼气化的主要问题是沼气化过程中需要较高的温度才会有较好的沼气收率。在这个技术中学生提出了建立工厂会遇到贮运和季节性的问题，而沼气化技术虽然不错，但需要解决不同温度下保持沼气产生量的技术问题。

(4) 活性炭技术

秸秆的炭化技术要根据秸秆的软硬程度分为两种不同加工方法，对于软秸秆需要先粉碎再压制成型后炭化，而对于硬的秸秆可以通过化学法得到活性炭[5]。这些工艺对学生的主要启示是通过深加工得到的产品，是否能达到相应的国家标准是非常重要的。有同学提出成本的问题，用秸秆炭化的制备的活性炭在成本上是否具有竞争力。

(5) 培养基技术

秸秆还可以作为食用菌的培养料[6]，这是因为秸秆中含有丰富的碳、氮和矿物质等营养成分，其可以作为多种食用菌的培养料。但是有同学提出这种技术对秸秆处理的量较少，同时食用菌的销售需要较成熟的市场支撑，作为一种辅助的处理方式较为合适。

(6) 工业利用技术

秸秆的工业应用主要是利用秸秆的天然纤维素成分，采用生化等技术对秸秆进行提取或转化。如从秸秆中提取淀粉、木糖醇、糖醛等物质，或者对秸秆进行生物转化生成如燃料乙醇等；还可以制备纸浆原料、可降解包装缓冲材料、保温材料和轻质板材[7]等。这些工业利用方式在可行性上可能没有什么大问题，学生又提出涉及到工业化生产时需要考虑地域性、季节性和贮运问题。

3　秸秆处理情境设置中学生的主要问题

(1) 当前资源化手段思考

学生们提出，既然现在的秸秆利用技术有如此之多，为什么每年都有秸秆在田间的焚烧而导致的环境污染问题呢？对于这种问题，作为教学中的主导地位的老师如何引导处于主体位置的学生去思考是教学中的关键问题。根据分析在不同地区的秸秆焚烧问题，其主要原因集中在两个方面，第一是秸秆当地资源化处理手段匮乏，秸秆没有得到有效的处置；第二是下一季农作物种植的需要，急需把田间地头的秸秆处理掉。造成这些问题的主要原因是秸秆资源化过程没有强大的利益驱动力，偷烧、强烧秸秆易在干部和群众间产生敌对情绪。

(2) 废弃物处理的基本原则在资源化技术中的思考

秸秆资源化利用首先是技术上的可行性，其次要考虑在经济上也是合算的，还有在处理废弃物的就近原则，降低运输成本。最后，还要考虑产品能达到国家相关的产品的质量标准。同学们提出由于废弃物处理原则的限定，使得秸秆在实际的利用过程中受到很大的限制。如贮运的成本较大，尤其是在农业区，交通不便；另外秸秆是季节性的产物，影响了工业化的原料供应链，需要贮存大量的原料时又需要场所。而在当地处理如饲料化、肥料化或作为培养基时，也受到时间因素与处理量的影响，使得秸秆利用受限。总之，综合的因素导致当前秸秆的焚烧现象依旧存在。

(3) 废弃物处理的基本原则的思考

对于作为一种资源的废弃物，没有得到利用的同时却因在短期内的集中焚烧导致严重的环境污染，是否有更好的方法能处理好这一问题呢？在处理废弃物的原则内，引导学生思考讨论更多的资源化手段，或配套的更加合理的资源化工业区。有的同学从就近原则考虑，建议就地建设工业化处理的工厂，但处理规模不宜过大；也有的同学反对这样的考虑，说工业化处理过程有可能给当地的环境造成污染，还有同学提出还要考虑经济的因素等。这样的情境设置引发了同学们的积极主动的思考。

4　应对建议与结语

最后，我们引导学生从以下几个角度思考，并提出了对秸秆资源化的几点建议：

(1)在资源化的过程中应该帮助农民获得利益，才能让农民主动的去收集秸秆。

(2)在农村就秸秆存在特点与农民个人承包的特点，可以推广小型秸秆初加工技术，一方面可以为工业化生产提供粗原料；另一方面农民也可以在初加工中获得经济利益，利益反过来会促使小规模、家庭化的处理技术与设备发展。

(3)可以加强农业与畜牧业的联合，秸秆饲料化后成为新的肥料，形成一个生态农业的循环系统。

(4)多种利用化手段的结合，对多种技术方案在实践中进行检验，寻求最佳的资源化方案。

总之，通过上述方法，有利于田间焚烧秸秆现象的消失，减少对环境的污染，也能减少干部和群众在焚烧秸秆问题上的敌对情绪，有利于农民收入提高和社会的稳定。

[1]刘希锋.秸秆固化成型机的设计与试验[D].长春:吉林大学, 2014.

[2]李师默,纪元,刘君,等.农作物秸秆还田对土壤性状的影响[J].安徽农业科学, 2014, 42(25): 8560-8562.

[3]陈翠微,刘长江,郭文洁,等.微生物发酵农作物秸秆生产蛋白饲料的研究与应用[J].微生物学通报,2000,27(4):291-293.

[4]张培栋, 杨艳丽, 李光全, 等. 中国农作物秸秆能源化潜力估算[J].可再生能源,2008,6:80-83.

[5]郑秋生,李龙,胡雪玉.农作物秸秆用于制备活性炭的研究进展[J].纤维素科学与技术,2010,18(3):68-76.

[6]黄雪星,李杰,李发盛,等.木薯茎秆栽培毛木耳技术[J].食用菌,2016(1):55-56.

[7]于文吉,马红霞,王天佑,等.农作物秸秆人造板发展现状与应用前景[J].木材工业,2005,19(4):5-8.

The Situation of Interactive Teaching Set up by Rules of Solid Waste Disposal*

WANXiang-long,LIUYin,ZHANGLei,LIMeng-ting,MINFan-fei

(School of Material Science and Engineering, Anhui University of Science and Technology, Anhui Huainan 232001, China)

The situation of interactive teaching was set up by rules of solid waste disposal during in the teaching process of Solid Waste Treatment and Disposal to initiate and catch on the undergraduate’s thinking in teaching and practice. The example of interactive teaching was based on the exited situation and utilization of straw. Possible solutions were discussed on the problems in the utilization of straw according to rules of solid waste disposal to improve teaching quality.

situation of interactive teaching; solid waste; treatment and disposal; utilization of straw

安徽省高等教育振兴计划(2013zytz025)；安徽理工大学重点教研项目(2014zdxm056)；安徽理工大学博士启动基金(ZY508)。

万祥龙(1977-)，博士，1998年毕业于淮南师范学院；2007年7月毕业于中国矿业大学(北京)，获物理化学硕士学位；2011年毕业于德国明斯特大学，获自然科学博士学位(Dr. rer. nat.)，2012年回国在安徽理工大学材料科学与工程学院任教，从事资源循环科学与技术教学与研究。

G642.0

A

1001-9677(2016)015-0174-02