王亞琴，凌浩南，孫佳程，吳逸凡

(南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京210046)

為引導(dǎo)廢電池環(huán)境管理和處理處置、資源再生技術(shù)的發(fā)展，規(guī)范廢電池處理處置和資源再生行為，防止環(huán)境污染，促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，2003年我國(guó)發(fā)布《廢電池污染防治技術(shù)政策》[1]，該政策中提出了廢電池污染防治可采取的技術(shù)路線、原則和方法，包括廢電池收集、運(yùn)輸、貯存、資源再生和處理處置過(guò)程的污染防治技術(shù)等內(nèi)容。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)、資源再生利用的各項(xiàng)政策法規(guī)的出臺(tái)，電池的回收處理及再生利用引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。而干電池作為日常生活的必需品，一方面其主要成分中含有電解液、重金屬等化學(xué)成分，若隨意丟棄，對(duì)環(huán)境仍然會(huì)有一定的污染；另一方面，其含有豐富的金屬資源，如錳、鋅等，是寶貴的金屬資源，如能進(jìn)行提煉再次回收利用，可減少原生金屬的開(kāi)采量，對(duì)其高效的利用。因此，對(duì)干電池的高效利用及有效回收對(duì)于環(huán)境保護(hù)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

1 干電池回收現(xiàn)狀

目前干電池的回收主要通過(guò)兩種途徑：一是用戶自行投入干電池回收箱；二是通過(guò)政府與企業(yè)合作，進(jìn)行人工有償回收。

對(duì)于第一種途徑，用戶進(jìn)行投遞的渠道較為廣泛，干電池回收箱分布點(diǎn)較多。常見(jiàn)的干電池回收箱主要分兩類：獨(dú)立式干電池回收箱、組合式干電池回收箱，如圖1，圖2所示。獨(dú)立式干電池箱為用于回收干電池的獨(dú)立箱體，組合式干電池回收箱將干電池回收與其他垃圾分類箱進(jìn)行組合，是整體垃圾箱的一小部分，常見(jiàn)于街道、公園及小區(qū)路邊等區(qū)域。無(wú)論是獨(dú)立式還是組合式的結(jié)構(gòu)，其均為簡(jiǎn)單的箱體結(jié)構(gòu)，功能較為單一。根據(jù)社會(huì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有電池回收箱利用率不高，且無(wú)專人管理，干電池回收完全需要靠人們的環(huán)境保護(hù)和資源保護(hù)意識(shí)，且目前效果不佳。

圖1 獨(dú)立式干電池回收箱

圖2 組合式干電池回收箱

第二種途徑的形式通常為定期設(shè)置可回收垃圾回收點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊電池的有償回收。國(guó)外如英國(guó)、日本等國(guó)家也會(huì)采取類似的措施，通過(guò)企業(yè)與政府的合作，來(lái)提高廢舊電池的回收率[2]。在我國(guó)，武漢、大連、廈門(mén)、上海、南京等城市也開(kāi)展了廢舊電池的有償回收工作，有償回收標(biāo)準(zhǔn)通常為每個(gè)電池回收價(jià)值大約在0.05元-0.1元，或兌換同等價(jià)值的其他物品。該途徑形式多樣，群眾參與度高，因采取有償回收，在一定程度上提高了廢舊干電池的回收率。但該形式需要消耗一定的物力人力，且由于只能定期開(kāi)展，時(shí)間上不夠靈活，不能滿足所有用戶的時(shí)間需求。

2 干電池回收箱的功能設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有廢舊干電池回收存在的問(wèn)題，一些學(xué)者、企業(yè)科技人員等對(duì)電池回收箱的結(jié)構(gòu)、功能等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。西南交通大學(xué)許朋[3]在城市公交車(chē)投幣裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了公交車(chē)廢舊電池回收裝置，通過(guò)廢舊干電池抵價(jià)公交車(chē)票的方式促進(jìn)回收。燕山大學(xué)王航[4]基于嵌入式機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢舊干電池的分類回收及積分獎(jiǎng)勵(lì)。另有學(xué)者提出以舊換新的廢舊電池回收制度，回收箱裝置可通過(guò)視覺(jué)識(shí)別模塊對(duì)廢舊干電池型號(hào)進(jìn)行識(shí)別，并彈出相同型號(hào)的新電池。對(duì)于廢舊干電池回收箱的專利方面，主要集中于廢舊電池回收預(yù)處理裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于可實(shí)現(xiàn)分類及有償回收的專利較少[5-8]。

針對(duì)目前的廢舊干電池的使用及研究現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有電池回收箱的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其具有以下功能：(1)能夠?qū)崿F(xiàn)廢舊電池的分類及有償回收；(2)能夠?qū)崿F(xiàn)干電池的電量測(cè)量；(3)可實(shí)現(xiàn)小電量電池的共享；(4)帶有屏幕顯示功能。

功能(1)可通過(guò)機(jī)械篩選機(jī)構(gòu)或視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，根據(jù)不同型號(hào)電池的尺寸大小進(jìn)行篩選分類，一方面方便后期的回收處理，另一方面可在分類的同時(shí)對(duì)不同型號(hào)干電池進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)積分，用戶可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行線上積分兌換，相對(duì)線下有償回收更為靈活方便。功能(2)通過(guò)增加干電池電量測(cè)試模塊，可實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)類型家用干電池的電量測(cè)量。在家庭使用電池時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不知道電池具體電量的情況，如果進(jìn)行混用或丟棄，將不能最大限度地利用，從而造成能源的浪費(fèi)。該功能一方面可以進(jìn)行電量測(cè)量，并根據(jù)電量結(jié)果推薦用戶可使用的場(chǎng)合，充分利用每一節(jié)電池；另一方面通過(guò)該功能，吸引用戶，可以提高廢舊電池箱的使用率。功能(3)針對(duì)擁有較多小電量電池用戶，提供一個(gè)可共享的平臺(tái)。生活中，對(duì)于部分用戶，由于特殊的原因，如家中有兒童，電動(dòng)玩具使用電池量較多，后期會(huì)有數(shù)量較多的小電量電池，這些電池可繼續(xù)用在遙控器或鐘表等物品上，用戶可通過(guò)該功能共享這些電池，實(shí)現(xiàn)資源的共享利用。功能(4)屏幕顯示功能，可對(duì)功能(1)及功能(2)所需反饋的信息進(jìn)行顯示，同時(shí)可顯示其他相關(guān)信息。

3 干電池電量推薦及回收獎(jiǎng)勵(lì)制度的設(shè)計(jì)

3.1 電量使用場(chǎng)合實(shí)驗(yàn)分析

為對(duì)用戶進(jìn)行合理的電池電量使用推薦，對(duì)不同電量電池進(jìn)行了三次試驗(yàn)分析。對(duì)0-1.5V不同電壓的干電池進(jìn)行不同使用設(shè)備的試驗(yàn)，如表1、表2所示。

表1 高能耗設(shè)備需求電量圖

表2 低能耗設(shè)備需求電量圖

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)比較可得，針對(duì)于玩具車(chē)、收音機(jī)這類電量需求較高的設(shè)備，必須要1.2V及以上的電壓量才能夠使設(shè)備良好運(yùn)行。而針對(duì)于家用掛鐘、鬧鐘則需要1.0V及其以上電壓才能夠使設(shè)備良好運(yùn)行。當(dāng)?shù)陀?.0V時(shí)則設(shè)備難以運(yùn)行。而針對(duì)于遙控器等低電量設(shè)備，電壓在0.8V以上時(shí)，設(shè)備依然可以良好運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有什么不良現(xiàn)象。由以上實(shí)驗(yàn)對(duì)于常規(guī)1.5V干電池，做出以下電量分類使用推薦，如圖3所示。

圖3 不等電量干電池使用推薦

3.2 回收獎(jiǎng)勵(lì)制度的建立

為鼓勵(lì)用戶進(jìn)行廢舊干電池的回收，根據(jù)不同電池型號(hào)可回收的金屬含量的不同，對(duì)廢舊電池及共享電池建立如下積分獎(jiǎng)勵(lì)制度，見(jiàn)表3。后期可根據(jù)現(xiàn)有電池回收的價(jià)格0.05元/個(gè)，建立兌換等價(jià)積分兌換條件。由于共享電池的投放自由度較大，以及出于對(duì)剩余價(jià)值的利用率較低的考慮，共享電池的積分獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)額和廢舊電池相同。

表3 干電池回收獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制

積分平臺(tái)可利用微信公眾號(hào)、APP等方式建立。用戶可通過(guò)掃描回收箱附帶的二維碼關(guān)注公眾號(hào)或下載APP，注冊(cè)后即可在回收電池時(shí)實(shí)現(xiàn)積分的實(shí)時(shí)累計(jì)，并儲(chǔ)存在賬戶的個(gè)人信息中，可在線上進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)兌換。對(duì)于不擅長(zhǎng)操作智能手機(jī)的人群，亦可考慮通過(guò)ID卡進(jìn)行積分累積，后期可進(jìn)行線下的獎(jiǎng)勵(lì)兌換。

3.3 電量測(cè)量及積分獎(jiǎng)勵(lì)算法設(shè)計(jì)

根據(jù)電量測(cè)量模塊及積分獎(jiǎng)勵(lì)制度，利用Visual Basic程序語(yǔ)言軟件進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)不同電池電量使用場(chǎng)合的合理推薦，以及積分的累計(jì)功能。設(shè)計(jì)界面如圖4所示，其模擬顯示屏可在一定程度上反映實(shí)際電池回收箱屏幕的顯示內(nèi)容，顯示屏右側(cè)為模擬共享電池投入口及模擬廢舊電池投入口，顯示屏下方為模擬電量測(cè)試模塊。一號(hào)電池、五號(hào)電池及七號(hào)電池按鈕用于模擬電池投入。

圖4 干電池回收系統(tǒng)正常狀態(tài)顯示圖

當(dāng)不進(jìn)行任何操作時(shí)，顯示屏上顯示電池剩余電量的使用場(chǎng)合和使用推薦以及積分規(guī)則。當(dāng)進(jìn)行電池電量測(cè)試時(shí)，顯示屏將顯示目前電池電壓，若小于0.8V，則提示可回收，并進(jìn)行積分計(jì)算；若電壓不低于0.8V，則提示可繼續(xù)使用，如需共享可投入共享回收口，并進(jìn)行積分。電壓顯示、電池回收或使用推薦、當(dāng)前電池積分和此次使用以獲得總積分將同時(shí)在顯示屏上顯示，方便用戶獲取詳細(xì)信息。

當(dāng)模擬電池測(cè)試電量為0.4V時(shí)，系統(tǒng)顯示“電池已無(wú)電量，請(qǐng)投入廢舊電池入口回收”，此時(shí)用戶可將電池投入廢舊電池投入口內(nèi)，并進(jìn)行積分，屏幕顯示如圖5所示。當(dāng)模擬電池測(cè)試電壓為1.1V，系統(tǒng)“您可以繼續(xù)使用或者回收，如若回收請(qǐng)投入共享電池入口”，如圖6所示。用戶可根據(jù)剩余電量情況選擇對(duì)電池再利用，或投放入電池共享入口進(jìn)行共享。

圖5 干電池回收系統(tǒng)模擬(測(cè)試電量0.4V)

圖6 干電池回收系統(tǒng)模擬(測(cè)試電量1.1V)

4 結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)目前廢舊干電池的回收率不高，以及現(xiàn)有垃圾箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用率不高的情況，對(duì)干電池回收箱的功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并提出了有償回收積分獎(jiǎng)勵(lì)的制度，用以提高干電池的利用率及廢舊干電池的回收率。多功能電池回收箱亦可與現(xiàn)有垃圾分類站進(jìn)行結(jié)合，積分制度及賬號(hào)也可擴(kuò)展用于其他可回收垃圾的有償回收，可促進(jìn)資源的再生利用，達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。