張志綱　吳梅花　曾慶萍　趙瑩瑩　特日格樂

【摘 要】創(chuàng)新實驗為學(xué)生提供了科研平臺，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。本文以城市綠化垃圾的資源化應(yīng)用創(chuàng)新實驗為例，探討了學(xué)生創(chuàng)新實驗如何選題，方案設(shè)計，數(shù)據(jù)分析。最后，對創(chuàng)新實驗談了自己的收獲及問題。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新實驗；綠化垃圾；資源化

【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

創(chuàng)新實驗通過學(xué)生對所學(xué)專業(yè)課的拓展，以學(xué)?；緦嶒炂脚_為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)今科研領(lǐng)域的新方向，引導(dǎo)大學(xué)生從被動的學(xué)習(xí)到主動探索 、調(diào)動學(xué)生積極性的一種新的教學(xué)模式。綠化垃圾是指落葉、枯枝以及城市綠化美化和郊區(qū)林業(yè)撫育、果樹修剪作業(yè)過程中產(chǎn)生的樹木枝干、草屑及其他修剪物等 生物質(zhì)廢棄物。本文以城市綠化垃圾的資源化利用創(chuàng)新實驗為例，研究創(chuàng)新實驗的如何選題，方案設(shè)計，收獲及出現(xiàn)的問題。

1 創(chuàng)新實驗的選題思路

創(chuàng)新實驗選題應(yīng)具有創(chuàng)新性、實踐性、可行性、發(fā)展性的性質(zhì)[1]應(yīng)盡量結(jié)合專業(yè)方向，以所學(xué)的知識做鋪墊，難易適當(dāng)，具有一定的科學(xué)研究性質(zhì)。

本創(chuàng)新實驗結(jié)合當(dāng)今能源的日漸短缺和環(huán)境問題的日益突出，現(xiàn)在國家大力推廣可再生能源。其中生物質(zhì)能是指把光能以化學(xué)能形式儲存起來 的有機(jī)物質(zhì)，是一種可再生、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的清潔能源。因生物質(zhì)不僅來源廣泛，而且生物質(zhì)能中硫含量和灰分含量較低，利用過程中對環(huán)境污染小，不會增加自然界碳的循環(huán)總量，對于未來的能源戰(zhàn)略具有深遠(yuǎn)意義。[2]同學(xué)們發(fā)現(xiàn)城市每年都有大量的園林綠化垃圾被填埋和焚燒，即污染環(huán)境又造成浪費(fèi)能源，我們就以此作為創(chuàng)新點，由于我們本專業(yè)性質(zhì)是能源應(yīng)用專業(yè)，同時本學(xué)期鍋爐課程開設(shè)了煤的發(fā)熱量實驗，學(xué)生已對燃料的工業(yè)成分分析，發(fā)熱量測定有了一定的實踐和理論基礎(chǔ)，我們就可以把生物質(zhì)能的研究引入到實驗室，研究生物質(zhì)能的發(fā)熱量和工業(yè)分析成分，統(tǒng)計每年烏魯木齊市綠化垃圾的產(chǎn)生量，如果合理利用會節(jié)約多少熱量。這樣，創(chuàng)新實驗的選題來自于本科生實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生有一定的理論和實踐基礎(chǔ)，就可以利用學(xué)?，F(xiàn)有的實驗設(shè)備自主完成實驗，實驗具有可行性，同時將教學(xué)和科研有機(jī)的聯(lián)系到一起，為以后生物質(zhì)能合理有效利用奠定了一定的研究基礎(chǔ)。

2 創(chuàng)新實驗的方案設(shè)計

創(chuàng)新實驗的方案設(shè)計應(yīng)結(jié)合選題內(nèi)容及預(yù)期實現(xiàn)的目標(biāo)展開。本次創(chuàng)新實驗采用老師確定整個創(chuàng)新實驗的技術(shù)路線，預(yù)定完成的任務(wù)，同學(xué)結(jié)合技術(shù)路線和任務(wù)進(jìn)行具體細(xì)化。學(xué)生根據(jù)技術(shù)路線查閱相關(guān)資料，方案設(shè)計如下：

1.首先對綠化垃圾進(jìn)行分類統(tǒng)計，主要分為三類：灌木、喬木、草本。統(tǒng)計烏魯木齊的總綠化覆蓋面積，其中三類占百分比。實現(xiàn)方法：第一，可以采用衛(wèi)星或航空遙感影像資料（谷歌地圖）測定綠化面積。第二，聯(lián)系園林規(guī)劃局，找上年度的核查上報的統(tǒng)計資料。

2.其次測定綠化垃圾的發(fā)熱量。實現(xiàn)方法：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 30727-2014《固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測定方法》，采用本校實驗室的氧彈量熱計進(jìn)行測量。

3.分析綠化垃圾的工業(yè)分析成分，這部分實驗由于我校沒設(shè)備，到煤炭設(shè)計院測試，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 28731-2012《固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法》，這個測試的目的是為固體生物質(zhì)燃料應(yīng)用技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如果用于燃燒，燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)注意哪些問題，緊密結(jié)合本專業(yè)方向。

4.計算每年綠化垃圾的產(chǎn)生量。實現(xiàn)方法：第一，根據(jù)單位面積的綠化垃圾的生產(chǎn)量計算。第二，可以采用實測法，取一定的樣方，喬木10*10m2，灌木4*4m2、草本1*1m2，然后根據(jù)綠化率來估算。

3 創(chuàng)新實驗的組織與實施

本次創(chuàng)新實驗由四位同學(xué)組成小組，以自愿參加的原則，擇優(yōu)選擇平時成績較好的同學(xué)，利用平時和寒暑假時間，分工合作，周期一年，整個創(chuàng)新實驗分成四個階段：

1.查閱有關(guān)生物質(zhì)能方面的文獻(xiàn)資料。

2.根據(jù)創(chuàng)新實驗的題目和目的，確定設(shè)計方案。

3.分割任務(wù)，各取所長，讓每個同學(xué)都參與到實驗中來。

4.進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理，總結(jié)。

4 創(chuàng)新實驗結(jié)論

4.1 生物質(zhì)燃料的的發(fā)熱量

根據(jù)GB/T30727-2014《固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測定方法》，我們將采集到的樣品經(jīng)粉碎后取 1.0000g，采用氧彈式熱量計測定其熱值。每份樣品 3 次重復(fù)，重復(fù)間誤差控制在±0.2kJ·g-1。每次實驗前用苯甲酸標(biāo)定，得出生物質(zhì)燃料的的發(fā)熱量（如表1）：

4.2 工業(yè)分析成分

根據(jù)GB/T 28731-2012《固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法》， 稱取20g樣品，置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)（105 ～110℃）用空氣流干燥，到質(zhì)量恒定，根據(jù)試樣的質(zhì)量損失計算水的質(zhì)量分 數(shù)，將一定量的樣品放在帶蓋的瓷坩堝中，放入（900±10）℃馬弗爐中，隔絕空氣加熱7 min，以減少的質(zhì)量占原質(zhì)量的分?jǐn)?shù)，減去該試樣的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)就得到揮發(fā)分。稱取一定量試樣，放人型箱馬弗爐中，以一定的速度加熱到（815±10）℃，灰化并灼燒到質(zhì)量恒定。以殘留物的質(zhì)量占原樣質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為試樣的灰分。除去水分、揮發(fā)分、灰分，剩余就是固定碳含量。測得生物質(zhì)燃料的工業(yè)分析成分（如表2）：

4.3 元素分析成分

生物質(zhì)能的元素分析成分，根據(jù)煤炭設(shè)計院測定數(shù)據(jù)知（如表3）：

4.4 結(jié)論分析對比總結(jié)

4.4.1 綠化垃圾和煤作為燃料的對比分析

以下煙煤的發(fā)熱量，工業(yè)分析成分及元素分析成分（如表4）：

對比綠化垃圾（生物質(zhì)燃料）和煤的工業(yè)分析成分可以看出，綠化垃圾的（生物質(zhì)燃料）揮發(fā)分含量很高，達(dá)到80%，遠(yuǎn)高于煤，故其點火性能和燃燒性能都比煤好，屬于高活性燃料；碳含量為15%，遠(yuǎn)低于煤，故其熱值比煤低。N含量為0.5%～3%，S含量僅為0.1%～0.5%，燃燒時 NOx 排放量僅為煤的 1/5，SO2的排放量僅為煤的 1/10[3]。得出結(jié)論，綠化垃圾（生物質(zhì)燃料）用于燃燒設(shè)備是一種優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的燃料。

4.4.2 綠化垃圾（生物質(zhì)燃料）發(fā)熱量統(tǒng)計

根據(jù)園林規(guī)劃局的統(tǒng)計資料，烏魯木齊的綠化覆蓋面積26902公頃，我市建成區(qū)綠化覆蓋面積中喬、灌木所占比率達(dá)68.97%。每平方米綠地每年產(chǎn)生綠化垃圾量約為0.0015噸，這樣一年烏魯木齊的綠化垃圾的產(chǎn)生量為：40.35×104噸/年，這些綠化垃圾的發(fā)熱量7119.7819GJ/年，如果按現(xiàn)在的節(jié)能建筑住宅供熱熱指標(biāo)45W/m2，烏魯木齊的采暖期天數(shù)149天計算，烏魯木齊市的綠化垃圾的發(fā)熱量可以供1.3萬平方米的住宅一個采暖季的用熱量。所以這個發(fā)熱量是相當(dāng)可觀的，應(yīng)當(dāng)合理利用。

5 創(chuàng)新實驗收獲與體會

5.1 創(chuàng)新實驗收獲

這次創(chuàng)新實驗，學(xué)生學(xué)生學(xué)會了獨立思考，查閱文獻(xiàn)，創(chuàng)新思維能力都得到了顯著的提高。從開始方案設(shè)計，遇到了很多問題，比如測植物的發(fā)熱量和測煤的發(fā)熱量的區(qū)別，燒不著怎么辦，工業(yè)分析成分學(xué)校沒有試驗設(shè)備怎么辦，到具體試驗中，數(shù)據(jù)的如何整理，學(xué)生翻閱了大量的書籍、文獻(xiàn)，最終都一一解決。同時學(xué)生拓展了知識面，對生物質(zhì)能有了感性的認(rèn)識，將來可以繼續(xù)從事生物質(zhì)能方面的研究。

5.2 創(chuàng)新實驗存在的問題和不足

5.2.1 學(xué)生的選擇

創(chuàng)新實驗為期一年，學(xué)生從大三升到大四，要考研，考公務(wù)員，找工作，沒有足夠的時間精力，所以項目前期充滿熱情，后期研究時間無法保障。建議選學(xué)生應(yīng)在大二的學(xué)生中選，而且應(yīng)選對科研感興趣的，能吃苦愿意付出的參加。

5.2.2 學(xué)生綜合能力有待提高

本科生在解決具體問題方面的能力，與研究生相比還存在一定的差距，因此學(xué)生選題過于依賴?yán)蠋焄4]，建議可以把研究生引入本科生創(chuàng)新實驗中來，提高本科生的科研能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]盛蘇英.實驗室研究與探索創(chuàng)新實驗項目建設(shè)的實踐[J].中國能源，2011，30（9）：107-110.

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[3]劉圣勇，陳開碇，張百良.國內(nèi)外生物質(zhì)成型燃料及燃燒設(shè)備研究與開發(fā)現(xiàn)狀[J].可再生能源，2002，4：14-15.

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]