小區(qū)廚余垃圾智能化處理與有償回收裝置的設(shè)計(jì)

羅佳斌 朱子玉 周京金

摘 要：本設(shè)計(jì)裝置以廚余垃圾為原料，采用碾碎離心、壓縮成型等技術(shù)處理廚余垃圾，小區(qū)配備回收設(shè)備自動(dòng)稱重回收處理后的有機(jī)物，并存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)。而且我們提出了一種有償回收模式，政府推動(dòng)企業(yè)回收有機(jī)物，并以一定的經(jīng)濟(jì)利益返還給用戶，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維對(duì)垃圾實(shí)行全程計(jì)量、監(jiān)管與可追溯，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物質(zhì)循環(huán)，形成一個(gè)完整的處理回收體系，從而達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。

關(guān)鍵詞：廚余垃圾處理；有償回收模式；有機(jī)物利用

1.引言

目前國(guó)內(nèi)小區(qū)垃圾分類難度大，實(shí)施環(huán)節(jié)困難多，根本在于家庭垃圾分類工作很難得到實(shí)現(xiàn)。如果前期家庭廚余垃圾進(jìn)行系統(tǒng)有效地處理分類，對(duì)小區(qū)垃圾分類具有極大的推動(dòng)作用。而目前市場(chǎng)上的小區(qū)家庭廚余垃圾處理器將廚余垃圾碾碎之后，直接排入下水道，對(duì)自然水體造成一定的污染，不適合推廣。廚余垃圾具有極大的潛在價(jià)值，富含有機(jī)質(zhì)的固體統(tǒng)一回收后可用于發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥、乳酸，制作動(dòng)物伺料、生物油脂，進(jìn)行沼氣發(fā)電制氫、轉(zhuǎn)化天然氣等，循環(huán)利用。去除有機(jī)物的生活垃圾便于運(yùn)輸，焚燒發(fā)電，可有效地緩解能源危機(jī)，具有生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效益。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一款家用廚余垃圾處理裝置，更注重廚余垃圾有償服務(wù)回收裝置的設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)家庭垃圾分類有償服務(wù)的智能化，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)利用同時(shí)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。

2.處理及回收裝置的總體設(shè)計(jì)方案

該裝置主要采用單片機(jī)控制、電機(jī)傳動(dòng)、自動(dòng)檢測(cè)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。處理器由碾碎離心、壓縮成型、收集裝置構(gòu)成，回收設(shè)備分為三部分：觸控面板、稱重傳感器與固料存儲(chǔ)室。小區(qū)采用貫徹互聯(lián)網(wǎng)+思維的統(tǒng)一回收裝置，用戶只需輸入相應(yīng)信息或者使用手機(jī)APP掃描屏幕上方二維碼，回收設(shè)備就可進(jìn)行自動(dòng)稱重，傳動(dòng)處理后的固體至固料存儲(chǔ)室，云數(shù)據(jù)庫保存用戶數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)將被上傳，同時(shí)反饋至用戶及政府。

本設(shè)計(jì)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”思維提出針對(duì)小區(qū)廚余垃圾的智能化有償回收模式。廚余垃圾經(jīng)過處理器壓縮成固體有機(jī)物，用戶使用小區(qū)回收設(shè)備統(tǒng)一計(jì)量、回收，企業(yè)負(fù)責(zé)回收，政府推動(dòng)小區(qū)與下方企業(yè)合作，利用互聯(lián)網(wǎng)、交互界面對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)管，同時(shí)用戶得到適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)補(bǔ)貼。這種有償回收模式不僅實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的智能化回收，而且以經(jīng)濟(jì)效益刺激用戶，具有極大的推廣可行性。

2.1廚余垃圾處理器

廚余垃圾處理器（圖1）中碾碎裝置通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤，采用蝸桿傳動(dòng)方式利用刀盤旋轉(zhuǎn)將碾碎腔內(nèi)的廚余垃圾碾碎。該裝置主要由電機(jī)、刀盤、碾碎腔、圓錐形陶濾網(wǎng)、紅外傳感器和過載保護(hù)裝置組成。其工作原理為在刀盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠刀盤上的齒輪、刀錘及高速旋轉(zhuǎn)刀對(duì)處理物共同進(jìn)行撕拉，使食物垃圾迅速變?yōu)?-5毫米顆粒。紅外傳感器用于檢測(cè)食物垃圾的體積，到達(dá)一定量后，自動(dòng)啟動(dòng)裝置。碾碎腔下端的陶濾網(wǎng)對(duì)食物垃圾進(jìn)行初步過濾，自動(dòng)攔截固體顆粒。

離心裝置主要由電機(jī)、附孔旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒與過水外筒組成。離心裝置與碾碎腔之間采用雙層三葉式蓋連接，當(dāng)離心筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，碾碎后的食物殘?jiān)鼤?huì)自動(dòng)通過孔隙掉入其中。電機(jī)帶動(dòng)可旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒時(shí)，由于固液密度不同，固體殘?jiān)粼趫A筒壁，而液體通過濾孔甩出至過水外桶，經(jīng)排水管流入馬桶儲(chǔ)水裝置，進(jìn)行再利用。

經(jīng)過離心脫水的廚余垃圾掉入收集筒內(nèi)進(jìn)行壓縮成型。壓縮成型裝置采用螺旋水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)，由蝸輪蝸桿、箱體、軸承、絲杠和螺母等零部件組成。工作原理為：電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿驅(qū)動(dòng)蝸輪減速旋轉(zhuǎn)，蝸輪內(nèi)腔為內(nèi)螺紋驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，絲桿頂端套上螺母，螺母固定在壓縮頭內(nèi)，絲桿旋轉(zhuǎn)壓縮頭可水平移動(dòng)將物料壓縮成型。物料壓縮成型后，干燥的固體可長(zhǎng)期存儲(chǔ)。

2.2廚余垃圾回收設(shè)備

回收設(shè)備采用封閉式設(shè)計(jì)（圖2），主要由稱重模塊、觸控面板、自動(dòng)空袋裝置、儲(chǔ)料室、空袋回收箱組成。其工作原理如下：重力傳感器檢測(cè)食物垃圾重量，并將數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)處理，然后設(shè)備自動(dòng)打開儲(chǔ)料室進(jìn)行空袋操作，自動(dòng)空袋裝置由電機(jī)，機(jī)架、傳送桿，旋轉(zhuǎn)桿，電磁鐵夾片組成，傳送原理可采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，電機(jī)通過連接桿（曲柄）與傳送桿（滑塊）相連，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，使得傳送桿可以帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)桿在水平方向來回運(yùn)動(dòng)?；厥瘴锪蠒r(shí)，給電磁鐵夾片通電，在磁力作用下夾住垃圾袋，通過傳送桿往回運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，旋轉(zhuǎn)桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，基本可以將物料全部倒入回收箱，實(shí)現(xiàn)空袋操作。電磁鐵夾片斷電后松開，使垃圾袋落入回收箱，實(shí)現(xiàn)垃圾袋的可重復(fù)利用。

8.觸屏面板9.儲(chǔ)料室10.空袋回收箱

3.工作原理及回收模式分析

廚余垃圾由進(jìn)料口投入到刀盤碾碎桶，過濾網(wǎng)對(duì)物料進(jìn)行初步過濾，污水流入下方儲(chǔ)水外桶，紅外檢測(cè)裝置檢測(cè)物料體積，當(dāng)物料到達(dá)一定體積時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)裝置，刀盤旋轉(zhuǎn)對(duì)物料進(jìn)行碾碎，碾碎完成之后，離心桶工作，物料經(jīng)底盤縫隙自動(dòng)落入離心桶，經(jīng)離心力作用被脫水；離心脫水后的食物殘?jiān)羧雺嚎s裝置，壓縮成型后被送至收集盒，到此廚余垃圾處理部分完成。小區(qū)回收設(shè)備觸控面板的用戶管理系統(tǒng)，或掃描二維碼下載的手機(jī)APP用于用戶信息選擇，壓縮裝袋后的固體垃圾經(jīng)過稱重傳感器自動(dòng)檢測(cè)重量，并將其傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋至交互界面，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)所回收的廚余垃圾全程計(jì)量、監(jiān)測(cè)，同時(shí)單片機(jī)控制電機(jī)模塊完成固體垃圾的自動(dòng)空袋與回收。

本設(shè)計(jì)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”思維提出針對(duì)小區(qū)廚余垃圾的智能化有償回收模式。房地產(chǎn)商負(fù)責(zé)對(duì)小區(qū)統(tǒng)一安裝處理回收設(shè)備，創(chuàng)建綠色小區(qū)；用戶可使用設(shè)備的管理系統(tǒng)，或者手機(jī)APP查詢計(jì)量數(shù)據(jù)；企業(yè)負(fù)責(zé)有機(jī)物的回收；政府促進(jìn)小區(qū)與下方企業(yè)的合作，利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)用戶數(shù)據(jù)監(jiān)管，并實(shí)行相關(guān)經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策，如抵扣物業(yè)管理費(fèi)、減免電費(fèi)等。綜上，本設(shè)計(jì)將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的廚余垃圾處理裝置，結(jié)合智能化的小區(qū)有償回收模式，不僅實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的物質(zhì)循環(huán)利用，而且把技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用融于制度（政策）與文化中，在全社會(huì)營(yíng)造良好的城市垃圾零廢棄文化氛圍。設(shè)計(jì)流程圖如下：

4.總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的廚余垃圾處理器及其回收設(shè)備，結(jié)合利用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維對(duì)有機(jī)物回收進(jìn)行計(jì)量、監(jiān)管的小區(qū)智能化廚余垃圾有償回收模式，能夠真正實(shí)現(xiàn)家庭垃圾分類有償服務(wù)的智能化，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)利用同時(shí)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，從而達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。

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（作者單位：湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院）