高校园林生物质废弃物资源化利用探索研究＊

李玉宏，陈维铅，薛仰全，李 涛

（1.甘肃省太阳能发电系统工程重点实验室，酒泉职业技术学院，甘肃 酒泉 735000；2.酒泉新能源研究院，甘肃 酒泉 735000）

1 概述

进入21 世纪以来，我国高等教育迅猛发展，办学规模持续扩大，新校区、新校园持续扩增，每所大学校区面积少则几百上千亩，多则几千亩，生态化园林化校园建设日新月异，树木种类繁多数量巨大，校园植被覆盖率不断增加，花园式、林荫式校园比比皆是，环境育人理念深入校园[1]。为确保校园树木花草正常生长，创造和维持园林式校园的美丽风貌，就要不断对园林植物进行剪枝修形，这样就会产生大量的生物质废弃物。每所高校每年修剪的生物质少则几吨，多则数十吨，这些废弃生物质的堆放和处理已经成为高校的一大难题。如何有效处理这些剪枝修形产生的有机废弃物，成为许多高校亟待研究解决的问题[2]。

现代高校的校园面积大，绿植覆盖率都较高，树木花草品种多，树木保有量大，剪枝修形产生的有机废弃物较多[3]。以甘肃某高职院校为例，校园占地面积133.33hm2，据调查，校园现有常青树14 种8000 多棵，落叶乔木26 种12000 多棵，各类灌木19 种，花卉草本种类繁多，种稙面积大，修剪这些花草树木每年产生有机物残枝近20t。目前，这些园林废弃物未能得到有效处理，大多情况下堆放在校园的某个角落，当作垃圾处理，占用较大的存放空间，给环卫人员增加了较大的工作量。环卫人员为了减少处理量进行明火焚烧，不仅造成资源的巨大浪费，而且污染校园环境。为应对日益严峻的气候变化形势，我国政府郑重承诺，中国将在2030 年前达到碳排放峰值，2060 年前达到碳中和，这是一个十分艰巨的任务，意味着整个社会将逐步进入低碳运行时代[4]。作为高校，在资源利用、环境污染方面应起到引领和示范作用，探索园林废弃物高效、清洁的循环利用模式，将有效促进生物质废弃物的资源化利用，为我国早日实现碳排放目标做出贡献。

本文以甘肃某高职院校为例，针对高校园林生物质废弃物处理难的问题，通过对园林典型生物质进行工业分析及热值测量，探索研究其有机循环利用模式，降低环境污染，促进高校园林建设持续发展和资源化利用，为高校园林废弃物处理及循环利用提供借鉴[5]。

2 园林生物质工业分析

为探索高校园林生物质废弃物循环利用模式，选用甘肃某所高职院校5 种典型树种修剪残枝进行工业分析，研究其作为原料，制备生物质成型燃料的可行性，为高校园林生物质废弃物处理提供有效途径。

2.1 实验样品与测试

选用校园胡杨树、沙枣树、青海云杉、樟子松和丁香等典型树种枝条若干作为研究对象，将其进行自然风干，然后粉碎至80 目，分别进行水分、灰分、挥发分、固定碳等工业分析，并测量其燃烧热值，每种测试实验连续测试3 组数据，取其平均值。测试依据 《固体生物质燃料工业分析方法》（GB/T 28731-2012）标准，《固体生物质燃料发热量测定方法》（GB/T30727-2014）标准，并参照欧盟固体生物质燃料技术规范（CEN/TC355）。

2.2 实验仪器

灰分、挥发分采用XL-6A 高效智能马弗炉测试，水分采用恒温干燥箱测试，热值采用SJLRY-501A 型微机全自动量热仪测试，该仪器设备均由鹤壁三杰仪器仪表有限公司提供。

2.3 实验数据与分析

表1 为校园典型生物质工业分析和发热量，工业分析包括水分、挥发分、灰分、固定碳的质量比。从表1 可知，5 种典型树枝试样的全水分在2.92%～ 4.98%，都处于较低水平，其中胡杨枝试样的全水分最低，樟子松枝试样的全水分最高，含水量较少与酒泉市所处戈壁干燥气候条件有明显关系。水分含量与生物质的燃烧性能有很大的关系，通常水分过大，可燃物质含量相对减少，热值降低，而且使点火变得困难，也影响燃烧速度。但适当含量的水分吸出过程具“造孔效应”，对燃烧是有利的[6]。该高校所有树枝试样的水分都能满足瑞典生物质颗粒燃料标准SS 187120 的参考值（≤10%）要求[7]。5 种典型树枝试样的挥发分比较均匀，介于77.29%～81.65%之间，差异不大，挥发分对生物质的燃烧影响较大，由于挥发分的主要成分是生物质热解出的含有大量氢气、甲烷、不饱和烃、一氧化碳等的可燃气体，挥发分越高，则生物质燃料越容易着火燃烧。5 种典型树枝试样的灰分值总体上较少，但也有一定差异，介于1.17%～ 3.30%之间，樟子松和胡杨灰分相对较高，可能由于胡杨和樟子松的树皮较粗糙，木质层相对较少所致。5 种典型树枝试样的固定碳值都较高，介于12.13%～17.89%之间，固定碳含量的多少与发热量大小呈正向关系，从表1 中可以看出，云杉枝试样的固定碳含量最高，其发热量相应最大。

表1 校园典型生物质工业分析及发热量

发热量是评价生物质作为燃料优劣的一个重要参数，从实验数据分析，5 种典型树枝试样的发热量都较高，其中云杉枝试样的发热量最高为20.01 MJ/kg，胡杨枝试样的发热量最小为18.83 MJ/kg，其它3 种试样发热量都在19 MJ/kg 左右。从发热量上看，这些树枝都可作为优质燃料，均满足SS187120的参考值（≥16.9 MJ/kg）要求。发热量的大小与水分、灰分、固定碳等因素有关，图1 和图2 分别为校园典型生物质固定碳、灰分与发热量变化规律曲线。从图可知，发热量与灰分和固定碳含量的关系比较密切，基本呈线性规律，发热量与固定碳呈正相关，与灰分含量呈负相关，灰分含量多的发热量相对较小，固定碳含量多的发热量相对较大。这是由于固定碳是主要可燃成分，生物质的发热量绝大多数是由含碳化合物通过燃烧发生氧化还原反应生 成CO2产生的[8]。

图1 发热量随固定碳含量变化趋势

图2 发热量随灰分含量变化趋势

表2 对比了所选5 种园林生物质工业分析数据与瑞典生物质颗粒燃料标准（SS 187120），分析可知，实验试样的发热量及其他数值都优于或达到标准要求，所选园林生物质，不论是落叶乔木枝、常青树木枝，还是灌木树枝，都是比较优质的生物质燃料。

表2 瑞典生物质颗粒燃料（SS187120）标准与实验数据对比

3 园林生物质循环利用分析

生物质成型燃料是以疏松、细碎的农业废弃物为原料，通过挤压成型质地致密的颗粒状燃料，具有高效、清洁、点火容易、CO2近零排放等优点，可代替煤、石油、天然气等化石燃料应用于冬季取暖、发电等工业领域[9]。以高校园林热值较高的修剪残枝为原料，经粉碎、挤压成型，制备成生物质颗粒燃料，便于仓储和运输，亦可用于高校实训车间、安保室、农林种植基地等难以集中供暖的地方清洁供暖，这不仅解决高校园林修剪废弃物处理和污染环境问题，而且可为清洁供暖提供燃料，是高校园林废物资源化利用的有效途径[10]。

高校园林生物质废弃物中，除了热值较高的修剪残枝外，还有大量的枯枝败叶和花卉秸秆，其热值相对较低，水分含量较高，不易用于制备生物质成型燃料，但这些生物质废弃物中含有大量的氮、磷、钾等生物生长所需的营养元素，经过堆肥处理是天然的有机肥料[11]。堆肥主要依靠自然界分布的高温腐熟菌群、低温腐熟菌群、功能性益生菌群等微生物，人为的促进有机物降解，其所含生物生长营养丰富，且肥效长而稳定，有利于促进土壤固粒结构的形成，增加土壤保水、保温、透气等能力，还能有效弥补化肥营养成分单一、保肥性能减退的缺陷。落叶、细枝、杂草、花卉秸秆等园林废弃物均可在一定的条件下发酵制成有机肥料、土壤改良剂和花卉栽培基质，经处理后的废弃物可为园林植物生长所需要的各种营养元素，同时改良土壤结构[12]。

以上述高校为例，以园林修剪枯枝败叶、花卉秸秆为原料，与生物工程相关学科建设相结合，购置筛选、粉碎、一体化好氧发酵堆肥技术装备，将原料经分类、粉碎、混合预处理，添加不同微生物和其他介质进行有氧发酵，测定各项指标，不断翻转、搅拌，保证废弃物处于发酵状态、完全腐熟。将所得肥料根据花卉培育基质、土壤改良剂、花草种植等不同需求，施于校园花草树下，改良土壤，增加肥力，实现园林修剪废弃物循环利用[13]。

4 园林废弃物资源化利用存在的问题与建议

4.1 资源化利用意识不强

目前，对于园林废弃物的处理主要以焚烧、堆放、丢弃为主，焚烧是最直接、最简单的处理方式，但极大的造成资源浪费和环境污染，多数人未能意识到这一点，认为这种处理方式也是最有效的。人们未能充分认识，在这煤、石油、天然气等化石能源日益枯竭的时代，生物质能是其主要的替代形式，园林废弃物是主要的能源资源，它的合理利用，不仅缓解能源危机，降低环境污染，而且改变我国能源消费结构，促进经济发展[14]。高校应高度重视园林修剪废弃物的资源化循环利用，与相应的学科建设相结合，购置生物质粉碎、挤压成型设备，将热值较高的修剪残枝粉碎压制成颗粒燃料，作为清洁燃料用于实训车间冬季供暖或者外销增加收入。建立园林废弃物资源化利用长效机制，鼓励学校环卫工人有意识的收集修剪废弃物集中处理，热值较低的细枝败叶和花卉秸秆粉碎后堆肥还田使用。

4.2 资源化利用成本高

园林废弃物资源化处理，相对于直接焚烧、掩埋等粗放式处理，需购置粉碎、成型、燃烧、堆肥等技术装备和雇佣专业的技术工人，增加投入成本和用工成本。对于园林面积有限、修形剪枝量小，或者成型颗粒燃料用途不多的高校，废弃物资源化利用投入设备和人工大，获得效益低，可与当地生物质成型燃料生产公司合作，委托企业维护、修剪园林，处理园林修剪废弃物，高校减轻了园林废弃物处理负担，企业获得了一定经济效益[15]。

4 结语

我国高校园林面积不断增加，修形剪枝废弃物产量日益增大，其资源化循环利用任重道远，政府应出台相应鼓励政策，给予一定开发利用经费支持，激励高校将园林废弃物资源化利用与学科建设和人才培养相结合，开设园林修形、废弃物成型、堆肥等课程实践实训，引导学生参与高校园林维护与废弃物资源化利用进程。学生在实践实训过程中，掌握园林维护、生物质成型燃料制备、堆肥技术等相关专业知识，提高园林废弃物资源化利用意识，促进学科建设与学校发展。热值较高的园林修剪残枝经粉碎压制成型，制备颗粒燃料是其资源化利用的有效途径，不仅解决高校园林废弃物处理问题，而且具有较大的环境效益。热值较低的枯枝败叶和花卉秸秆，含有较丰富植物生长所需的营养元素，通过堆肥技术制成有机肥培育花卉、施于园林花草树下，增加土壤有机质，提高肥效，促进园林植被生长，实现园林废弃物有机循环利用，对于建立绿色生态化、园林化校园具有重要的意义。