吴跃飞发明

我的第16个自考本科环境工程毕业论文:家具废弃物资源化技术

作者:吴跃飞律师

2019-10-21   2270次
 

       

湖 南 农 业 大 学

高等教育自学考试本科生毕业论文

 

利用木质纸质秸秆类废弃物制造农业穴盘的资源化研究

 

 

 

 

学生姓名:吴跃飞

考籍号:010610200102

年级专业:环境工程

指导老师:              

    院: 湖南农业大学资源环境学院

 

 

湖南·长沙

提交日期:2019930

 

湖南农业大学成人高等教育本科生毕业论文

诚 信 声 明

 

 

本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下,进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

 

 

 

 

毕业论文作者签名:吴跃飞

 

2019 930

 

   

 

1 前言... 5

2研究目的... 7

3 利用废弃家具、农作物秸秆制造农业穴盘的技术方案... 7

3.1 制造穴盘的配方及工艺流程... 7

3.2 穴盘的具体制作过程... 8

3.3 研究效果... 9

3.4 讨论... 12

4 结论... 12

参考文献... 13

致谢... 13

附注... 13

 

 

 

 

家具制造厂,尤其那些木制家具制造厂,材料利用率均不足70%,都会遗留30%以上的边角余料,这些边角余料大部分需要当垃圾处理,现在整个社会在住房装修、搬迁、居民废旧家具更新过程中产生了大量的木制垃圾无法处理,据测算,每隔58年,不少建材家具产品便进入淘汰期;还有大量的农作物秸秆遗弃在田间,相当一部分被农民直接在田野中焚烧,对环境造成污染。本研究在于提供一种利用家具业以及建筑木质废料的有机固体废弃物、农业秸秆制造农业穴盘的方法,以及相关的配套技术与产品,以实现废弃木质纸质秸秆类废弃物资源化目的

 

关键词:废弃物;制造;农业穴盘;资源化

 

利用木质纸质秸秆类废弃物制造农业穴盘的资源化研究

    生:吴跃飞

指导老师:          

(湖南农业大学资源环境学院,长沙 410128)

 

1 前言

家具制造厂,尤其那些木制家具制造厂,材料利用率均不足70%,都会遗留30%以上的边角余料,这些边角余料大部分需要当垃圾处理。现在整个社会在住房装修、搬迁、居民废旧家具更新过程中产生了大量的木制垃圾无法处理。据测算,每隔58年,不少建材家具产品便进入淘汰期。在消费者开始进行二次装修之时,这些原有的建材家具产品便成了最碍眼的垃圾。

  目前国内尚未对建材行业出台和家电以旧换新相似的政策,废旧建材家具产品多作为垃圾一弃了之。但是,收废品的嫌占地方根本不收,送人没人要,翻新不值,也不合用,丢弃也不合适,还有可能被罚款……总之,废旧建材家具已成了城市垃圾中一个需要处理的问题。

  这是为什么? 这因为现在,原木的废旧建材家具有厂家回收,做实木颗粒板材,PVC板、铝合金还有人要,复合木地板则一点用都没有。废旧家具就是当垃圾处理,市内的垃圾场也不准倒,必须拉到郊区的垃圾填埋场,不能与生活垃圾混在一块。倒垃圾的人还要向垃圾场付处理费。不但卖不了钱,处理还要花不少钱。此外,非实木的木地板里面有很多胶,厂家回收重新加工后还要放胶,这样就会导致环保难以达标。厂家如果要做到达标,处理费用比使用新木材还高,成本计算上不划算。——对废旧家具在技术上处理的成本过高导致难以用于装饰行业。

中国的家具、板材等木制品循环利用率极低,大部分废旧木材在使用一次后便作为建筑建材垃圾丢弃,能够回到生产再加工过程的仅占极少数。究其原因,是企业的生产工艺并未将此作为重要原料来源。不少企业界人士认为以当前的工艺,也很难将这些旧家具、旧木料进行行回炉再加工,拆卸、切割、分捡等等工艺都需要耗费大量的人力财力,而使用原木进行加工则可节约上述成本。

  据了解,这些旧家具有30%左右会被粉碎后加工为木板,70%的无用部分将作为工业燃料用于锅炉燃烧,可是现在城市里的锅炉又绝大部分改造成油锅炉,这些原本可以用燃料的家具材料,又基本成了难以处理的城市垃圾。

许多城市市民想把房子好好装修一下,但打听了不少地方,原来房间里挺好的旧家具和旧地板,就是没人回收。不但如此,在与装修公司签合同时,还额外附加了一条,垃圾清运费,要几百元呢。虽是旧的,但木地板还都挺好的,怎么就没人要呢?许多城市房屋修者都遇到了类似的情况,家具垃圾与一个需要面对的环境问题了。

木家具制造厂遗留的废料及城市里的废旧木质家具因材料来源各异,成份更是天差地别,这个特性给利用这些固体废弃物带来了技术上的难度;还有一个问题就是,这些材料的甲醛含量各异,大部分都有可能超标(人造板制造及用人造板制造的家具因封边技术的密封度好,可以保证甲醛包裹其中不会释放,现因这些材料需要打碎重新利用,这些甲醛就会释放出来),除去这些甲醛在技术上及人力上均难以达到效益性能。

综上所述,现在城市里的木质固体废料有极大开发与利用价值,并且废料来源还在逐年增长。

不论是花卉还是蔬菜,穴盘育苗是现代园艺最根本的一项变革,为快捷和大批量生产提供了保证。穴盘已经成为工厂化使用穴盘苗的优点:节省种子用量,降低生产成本;出苗整齐,保持植物种苗生长的一致性;能与各种手动及自动播种机配套使用,便于集中管理,提高工作效率;移栽时不损伤根系,缓苗迅速,成活率高。

穴盘的制造材料主要有聚苯乙烯聚苯泡膜;观赏植物育苗一般用聚苯乙烯盘,蔬菜育苗可用聚苯泡膜盘。这些材料制成的穴盘一般可以重复利用,但是这种重复利用的穴盘也面临着两个问题:一是因重复利用可能消毒不严而会导致种苗的根腐病;二是移栽时需要去掉穴盘,和重复使用时需要严格消毒,现时的劳动力成本上升这么快,去掉与消毒穴盘的人工成本与新购进穴盘使用已差别不大;这些不能降解的穴盘,最终还会给环境带来负担——这些特性为大规模应用一次性可降解穴盘奠定了市场基础。

现有技术中有全部使用农作物秸秆、纸制造一次性穴盘,但这类穴盘也有一个缺点,即因胶粘剂配方及主料原因很容易导致穴盘还没有完成移栽工序,穴盘就破散了,最终影响移栽苗的成活率。有些可降解的塑料穴盘制品,虽然可以完全满足农业穴盘的使用要求,但也面临一个重要问题就是现时这种可降解塑料的成本很高,也限制了这种穴盘的大规模使用。还有就是废纸的来源远远没有木质废料那么广泛与成本低廉。

因此,有必要发明一种可以综合利用城市废旧家具,及家具制造企业废料,和建筑木质废料制造农业育苗穴盘的技术,以实现木质废料垃圾资源化目的。

 

2研究目的

本研究属于一种将固体废物转变为有用的领域(B09B 3/00),尤其是属于一种利用家具业中的木质废料制造用于农业育苗的穴盘的固体废物环境工程资源化领域。

本研究的目的在于提供一种利用家具业以及建筑木质废料的有机固体废弃物制造农业穴盘的方法,以及相关的配套技术与产品,以实现废弃木质纸质秸秆类废弃物资源化目的。

 

3 利用废弃家具、农作物秸秆制造农业穴盘的技术方案

本研究由湖南铂湘新材料研究有限公司(现已注销)研究实验条件,由该公司提供研究经费与实验材料,取得的知识产权归湖南铂湘新材料研究有限公司所有。

 

3.1 制造穴盘的配方及工艺流程

第一步,制备主要原料,这种主要原料含有如下成份:

废弃固体木质废料粉(细度10-1000目,含水率小于3%100公斤

原淀粉15-25公斤

变性淀粉10-15公斤

硫酸钙晶须10-18公斤

滑石粉3-6公斤

脱模剂0.5-3公斤

硫酸铝2-3公斤

将上述材料在高速混合机中搅拌12-20分钟后转入低速混合,待物料冷却到50摄氏度±10,然后开始:

第二步,添加添加剂,在前述第一步混合所得原料每100公斤另外添加含有下述成份的添加剂:

丙烯酸树脂1-2公斤

松香3-4公斤

聚烯烃衍生物3-4公斤

聚酰胺树脂0.5-1公斤

进行低速混合15-20分钟后出料,即制成预混料备用,或者直接进入:

第三步,穴盘成型,一般是采用模压成型或注射成型,推荐采用模压成型。

可以用纸质或/和秸秆类材料替代废弃固体木质废料粉,或者是它们的混和物。

 

3.2 穴盘的具体制作过程

第一步,制备主要原料,这种主要原料含有如下成份:

废弃固体木质废料粉(细度10-1000目,含水率小于3%100公斤

原淀粉16-18公斤

变性淀粉11-12公斤

硫酸钙晶须11-13公斤

滑石粉2-3公斤

脱模剂1-1.5公斤

硫酸铝2公斤

将上述原淀粉、变性淀粉、硫酸钙晶须、滑石粉与经沸腾炉干燥处理、控制水分在3%以下的废弃固体木质废料粉在高速混合机中以1200-1500/分,和90-110下强烈搅拌20分钟, 再加入脱模剂和硫酸铝,转入低速搅拌并冷却到50摄氏度±10后开始:

第二步,添加添加剂,在前述第一步混合所得原料每100公斤另外添加含有下述成份的添加剂:

丙烯酸树脂1.5公斤

松香3公斤

聚烯烃衍生物3公斤

聚酰胺树脂1公斤

添加上述添加剂进行低速混合15-20分钟后出料,即制成预混料备用,或者直接进入:

第三步,穴盘成型,一般是采用模压成型或注射成型,推荐采用模压成型。

可以使用农作物秸秆替代废弃固体木质废料,配料中另增加纳米级碳酸钙5-8公斤,制作过程与使用废弃固体木质废料基本相同。

 

3.3 研究效果

    本次环境工程技术的研究课题,主要是为了将人们生活、生产过程中的废弃家具、农作物秸秆二次利用起来,作为农业穴盘的生产原料,经过充分实验表明,基本达到了研究目的。下面是本次研究有产生的有益技术效果分析。

1.本研究配方有一个最大的特点:可以适用于所有木质废弃物,解决了现有技术配方只能适用于材料较为单一的瓶颈问题,即解决了现有技术公开配方与方法一般只适应废纸类原料的缺陷,再者废纸的成本高于木质废料,采用本方法,可以少用纸质类原料。

2. 本研究中的主要原料可以全部是工业垃圾原料,即家具业中的木质固体废弃物以及建筑类木质废弃物,是一种工业与生活垃圾再利用,可以将木质类废料资源化。

3.现有技术中有利用农作物秸秆制造农业穴盘,但是这种技术处理技术流程较为繁杂,原料体积庞大,收集与运输原料成本很高,对制造的机械设备要求较高,再加上随着人工成本的飓升,使用农作物秸秆制造农业穴盘的成本远远高于利用城市中的废旧家具作为原料。

4.本研究旨在利用木粉等植物材料的纤维存在大量天然孔隙与纳米粒子的高吸附性,经研究表明,利用硫酸钙的纳米粒子高吸附性这一特点,使纳米级粒子吸附入纤维孔隙与表面达到修饰纤维表面的目的,从而减少纤维的吸油性,经纳米级粒子修饰后的木粉等天然纤维材料在加工过程中受热作用时,能吸收纤维材料受热放出的木酸等酸性物质,由于纳米级粒子细小,能更多的吸收天然纤维受热放出的酸性物质。尤其是硫酸钙天然的高吸附性这种特性,从而提出高天然纤维的耐热性(193下加工不炭化),这样就可以保障不同原料来源,即使纤维性质有差异,也可以提高这些不同特性的纤维的耐热性可以维持在180-193摄氏度下不碳化

同时,纳米级硫酸钙的应用可以提高成品的冲击强度(与不加纳米级硫酸钙的对照比较可提高冲击强度可提高70-80%)。尤其是,使用硫酸钙时,因其有天然的吸湿性能,可以让成品穴盘因维持有一定的水分,可以提高成品的韧性,降低其碎性,这也是本研究的一个显著进步性。

5.本研究与现有技术相比具有成型加工性能好,因为各组份的细度较高,除了可以适用于模压工艺生产外,还可以适用于注射(挤压)成型。

6.本研究与现有技术相比,挤出时的炭化临界值可以提高到193下加工不炭化,而不加纳米级碳酸钙或/和硫酸钙时180时就会变黑,这种性能的提高可以是提高产品强度的一个重要原因(从不加纳米钙的3.1KJ/m2,提高到加入纳米钙后的4.6KJ/m2),使用淀粉胶结剂制造普通农业穴盘一个最大的缺点也就是产品较易碎,使用家具业中的木质废料替代纸质或农作物秸秆后,在原料上可以改善易碎的缺陷。

7.本研究中的原料,大部分都会含有甲醛,甲醛这种成份含在农业穴盘中,即使含量再高,也不会对环境造成影响,当农业穴盘中的少量甲醛缓慢释放出来,还可以对育苗中经常发生的根腐病有一定辅助防治作用。这也是本研究可实现资源化目的的一个重要显著特点。按照国家农业试验的标准设计相关的对照实验结果表明,本研究的制品在育苗时因制品中含有甲醛对根腐病的辅助防治有统计学意义上的显著效果。

8.本研究的原材料采用现在城市里大量存在的木质建筑材料垃圾及家具业木质废弃物,材料来源广泛,基本可以不用支付原料收购费用,每一个城市里每一年均会产生数量不小的木质家具垃圾或废料,在收购时即进行就地破碎及金属去除后可以有效提高仓储效率,与利用农作物秸秆作为原料比较,储运效率更高。

9. 因硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能,当用其替代用于本研究比单用碳酸钙可以提高强度、模量、韧性、绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理等性能的综合性能10%以上。

10. 本研究配方可以广泛适用于农作物秸秆、其它植物茎叶根——这也是本研究所述配方的适应性广的一个重要特点。

11.用本研究产品育苗,因主要材料采用的是天然成份,在育苗时,不会同塑料穴盘那样造成烧苗现象的出现。

12.实验室生物降解对比实验效果

根据GB/T27850-2011《化学品快速生物降解性通则》和T218012008《化学品快速生物降解性呼吸计量法试验》所提示的测试方法进行测试。测试结果如下表:

天数

实施例1

实施例2

对比例

10

20%

80%

0%

20

60%

95%

0%

28

92%

100%

0%

GB/T27850-2011《化学品快速生物降解性通则》和T218012008《化学品快速生物降解性呼吸计量法试验》是完全移植经济合作与发展组织(OECD)发布的《化学品测试导则  快速生物降解性 NO.301-1992》和《化学品测试导则 快速生物降解性:呼吸计量法试验 NO.301F-1992》成为中国标准的。所以,本测试方法是公认的优选测试方法。

可生物降解,说明本研究制成的农业穴盘符合快速生物降解性特征,这也是本研究达到资源化目的的重要特征之一,也是实现发明目的的关键特征。

因本研究的实施例中原料的不同来源,导致原料中含有甲醛量的差别,对试验结果有一定影响。

13. 大田生物降解对比实验效果

在中国湖南长沙郊区菜田土壤中,季节为春季,分别放入本研究实施例1和实施例2所述方法制成的穴盘,并以普通塑料穴盘作为对比例,放入60天后取出稳重,公式生物降解率=[(原始重量-剩余重量)/(原始重量)]×100计算,得出如下结果:

天数

实施例1

实施例2

对比例

60天后

25%

40%

0%

从上表中可以看出本研究制成的穴盘有很强的降解性能。

14.弯曲强度测试

取本研究实施例1和实施例2所述方法制成的穴盘作为受试品,设普通塑料盘作为对比例。在“育苗前”和“育苗后”(培养期30天)采每种样品来测量它们的机械强度。

测试规则参照《GB/T9341-2008弯曲性能的测定》,结果如下:

 

最大应力(Pa

弹性模量(Pa

实施例1

育苗前

2.12×107

1.45×107

育苗后

2.01×107

1.39×107

实施例2

育苗前

2.11×107

1.31×107

育苗后

1.70×107

1.25×107

对比例

育苗前

1.51×107

3.05×107

育苗后

1.51×107

3.05×107

从上述数据可以看出,本研究实施例的产品完全可以满足农业育苗的需要,即育苗前与育苗后前后的机械强度变化不显著。

综上所述,本研究有显著的进步性。

 

3.4 讨论

    本次课题的研究,还有如下技术内容值得进一步讨论与研究:

1.本研究涉及到的硫酸钙为硫酸钙晶须,别名:石膏晶须,化学式为CaSO4,也可以是一种普通硫酸钙加工成纳米级细度的硫酸钙。

2.如果采用模压法成型托盘,废弃木质材料粉细度建议取较粗的细度,如20目至100目,因为模压法无须通过注射喷射成型,对原料的细度要求可以降低,以节省粉碎费用;如果采用注射法成型托盘,建议细度300-1000目,以免物料堵塞喷嘴。

3. 没有叙述的技术参照常规技术;本研究所示配方是可以变化的,也可以用其它物质替代,即本研究的产品中除了发明中公示的成份外,还可以有其它成份。

4.本研究所述的木质固体废弃物包含报废的木质家具、家具制造业中边角废料、建筑及装修工地上的木质废料,含各类密度纤维板废料,尤其推荐使用家具制造业中的边角余料。

5. 本研究中物料的含水率,根据工艺要求调整含水率。

6.本研究所述的变性淀粉,优选黄糊精。

7. 松香,适宜于使用其粉末。

8. 本研究中所述的脱模剂可以是一种甘油或硅油,或者是这两者的混合物。

 

4 结论

将生产生活废弃物进行资源化处理,是环境工程中的一个重课题。本次研究课题虽然领域较窄,但是获得的实验结果表明,将废弃家具、农作物秸秆制作农业穴盘,除了可以降低环境污染的社会效益,同时因废弃家具中可能含有的甲醛物质,在生活是危害,而在本研究课题中,因农业穴盘中含有适量甲醛时可以有效降低根腐病的发生,从而提高种苗成活率,这是本次研究课的一个意外收获,对于提高农业育种技术水平是一个意外的技术促进。

由此说明,本研究课题具有一定的实用性价值。

参考文献

1吴跃飞. 利用木质纸质秸杆类废弃物制造农业穴盘的资源化技术:中国, CN103951997A [P]. 2014-07-30.

2崔泽民.浅谈园艺作物穴盘育苗技术[J].现代园艺,2018,15:86-87.

3轻基质茶叶穴盘苗[J].中国茶叶,2014,36(04):25.

4金鑫. 蔬菜穴盘苗自动移栽技术与装置的研究[D].中国农业大学,2014.

5李良友. 茄果类蔬菜高效育苗的3个影响因子研究[D].新疆农业大学,2014.

 

致谢

本论文是在       老师的悉心指导和热情关怀下完成的,在进行论文的资料收集,写作过程中得到了老师的详细指导,各个环节的完成离不开老师的协助,还要感谢其他老师在论文进度中的敦促。

 

附注

本论文所述研究课题由湖南铂湘新材料研究有限公司完成中国发明专利申请,发明人为吴跃飞,由湖南铂湘新材料研究有限公司获得发明专利证书,中国专利号为201410122351X,发明专利名称为《利用木质纸质秸杆类废弃物制造农业穴盘的资源化技术》。