閆 爽，于 迪，劉曉華

(齊齊哈爾大學(xué)理學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

綠色設(shè)計(jì)理念與廢紙回收綠色設(shè)計(jì)又稱(chēng)生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)注重自然資源和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，使環(huán)境不受工業(yè)發(fā)展污染。綠色設(shè)計(jì)是為了資源消耗的再減少、再利用、再循環(huán)。而紙張回收從環(huán)保角度出發(fā)，考慮環(huán)境保護(hù)要素、技術(shù)應(yīng)用范圍和經(jīng)濟(jì)效益，為用戶(hù)提供更為優(yōu)質(zhì)的回收體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)資源和能源的節(jié)約，減少環(huán)境污染。

1 智能紙張回收機(jī)設(shè)計(jì)背景

根據(jù)造紙行業(yè)數(shù)據(jù)，制漿造紙及紙制品全行業(yè)2020年完成紙漿、紙、紙板和紙制品合計(jì)25 498萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)1.22%，其中，紙及紙板產(chǎn)量11 260萬(wàn)噸，較上年增長(zhǎng)4.60%；紙漿產(chǎn)量7 378萬(wàn)噸，較上年增長(zhǎng)2.37%。我國(guó)對(duì)紙制品的需求量很大且逐年增加。造紙的主要原料有木漿、廢漿和非木漿(蘆葦漿、甘蔗渣漿、竹漿等)，這些原料存在極大缺口，這為紙張回收行業(yè)提供了極大的市場(chǎng)。對(duì)紙張進(jìn)行二次回收再利用，可以在很大程度上減少對(duì)自然資源的消耗，減少能源消耗。

學(xué)校及企事業(yè)單位，每天廢紙產(chǎn)出量較大。據(jù)對(duì)齊齊哈爾大學(xué)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，67.86%的人日產(chǎn)生廢棄紙張數(shù)量為1～5張；26.79%的人日產(chǎn)生廢棄紙張數(shù)量為6～10張。對(duì)齊齊哈爾大學(xué)一號(hào)教學(xué)樓正門(mén)單日通過(guò)人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到，單日通過(guò)平均為7 000人次，廢紙回收機(jī)器被關(guān)注并應(yīng)用的概率為20%，通過(guò)計(jì)算可以得出，每日機(jī)器應(yīng)收到的紙張數(shù)量約為4 725張(以A4紙為例：重量為4.366 g)，重量約為20 kg。學(xué)校中有十幾個(gè)教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓及辦公大樓，這說(shuō)明在學(xué)校內(nèi)部存在大量紙張需要回收，如果這些紙張能被統(tǒng)一回收處理，將對(duì)資源再生利用做出巨大貢獻(xiàn)。

辦公用紙也存在一些問(wèn)題：辦公用紙的使用量很大，書(shū)寫(xiě)、打印、傳真等紙張使用后，上面留存了很多信息，部分信息屬于個(gè)人或企業(yè)隱私，一旦泄漏將會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，因此紙張粉碎處理十分重要?；厥罩?，雜物體積小，人工清理耗時(shí)長(zhǎng)，且廢棄紙張中摻雜了其他廢物，為紙張后續(xù)處理造成困擾。

設(shè)計(jì)一種適用于校園周邊紙張回收的產(chǎn)品。智能紙張回收機(jī)為廢紙?jiān)倮锰峁┝吮憷麠l件，解決了紙張信息泄漏問(wèn)題，相較于焚燒方式，粉碎回收減少了燃燒造成的污染，實(shí)現(xiàn)了信息保護(hù)。

該紙張回收機(jī)對(duì)紙張進(jìn)行粉碎后，減少了后續(xù)紙張?zhí)幚聿襟E，縮短了廢紙?zhí)幚頃r(shí)間，提高了回收效率。但碎后紙屑體積較小，不利于處理，因此設(shè)計(jì)了壓縮功能，使其回收過(guò)程更加便捷，利于操作。

2 智能紙張回收機(jī)設(shè)計(jì)理念

將不易回收且容易被忽視的能源進(jìn)行回收利用，以實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。智能紙張回收機(jī)設(shè)計(jì)考慮了經(jīng)濟(jì)、便利、功能等因素，通過(guò)對(duì)目前的紙張回收裝置進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其中存在紙屑蓬松不易回收、所占體積大等問(wèn)題，故而采取壓縮方式來(lái)解決。這種壓縮方式已應(yīng)用于生活的各個(gè)方面，如礦泉水瓶、易拉罐、快遞紙箱及一次性塑料餐具等廢品均采用壓縮處理，有利于存放，大大增加了運(yùn)輸量，提高了回收效率。碎紙機(jī)可將紙屑?jí)嚎s成塊，體積小，便于回收利用。紙張回收機(jī)實(shí)現(xiàn)了環(huán)保理念，功能齊全，造型簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)、加工、使用，在科技及互聯(lián)網(wǎng)管理方面體現(xiàn)了智能性。

3 智能紙張回收機(jī)設(shè)計(jì)方案

基于綠色環(huán)保理念及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了智能紙張回收機(jī)。主要實(shí)現(xiàn)4個(gè)功能，圖1為功能區(qū)域劃分。①區(qū)：控制臺(tái)及智能互聯(lián)網(wǎng)區(qū)；②區(qū)：紙張投入口及稱(chēng)重區(qū)；③區(qū)：紙張粉碎區(qū)；④區(qū)：儲(chǔ)存消殺區(qū)。

圖1 智能紙張回收機(jī)的功能區(qū)域Fig.1 Function areas of intelligent paper recycling machine

基于微信小程序與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的遠(yuǎn)程控制。選取正點(diǎn)原子新戰(zhàn)艦STM 32開(kāi)發(fā)主板、LORA通信模塊、激光測(cè)距模塊OV7725攝像頭等對(duì)機(jī)器進(jìn)行監(jiān)控，通信模塊與云端進(jìn)行聯(lián)通，云端經(jīng)過(guò)處理后，將數(shù)據(jù)及GPS定位情況向機(jī)器管理人員反饋機(jī)器狀態(tài)。

紙張容量監(jiān)測(cè)，如圖2所示。采用紅外線測(cè)距方法對(duì)機(jī)器中的紙張容量進(jìn)行測(cè)定。將紅外線發(fā)射儀與接收儀固定在容積提醒線處的同一側(cè)，與之相對(duì)的一側(cè)放置反光鏡，當(dāng)其中紙張未達(dá)到機(jī)器容積的80%，紅外線將接收到反射光線，反之光線將受到紙張阻礙返回時(shí)將發(fā)生改變。接收儀在感知到數(shù)字變化時(shí)會(huì)向云端發(fā)射信號(hào)，云端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并反饋到手機(jī)小程序端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紙張容量的監(jiān)控。

圖2 紙張容量監(jiān)控結(jié)構(gòu)Fig.2 Paper capacity monitoring structure

利用云端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理，將紙張回收價(jià)格同步至機(jī)器上，當(dāng)機(jī)器有紙張投入時(shí)，對(duì)紙張重量進(jìn)行稱(chēng)量，通過(guò)重力傳感器將所得數(shù)據(jù)傳入云端，并計(jì)算出紙張總價(jià)格反饋于機(jī)器顯示器上，通過(guò)微信小程序進(jìn)行金額結(jié)算。

機(jī)器粉碎紙張功能的實(shí)現(xiàn)采用YD-428刀具進(jìn)行粉碎切割，該機(jī)器刀片適應(yīng)于不同硬度的紙張，對(duì)投入紙張有著更大的包容性，可以減少機(jī)器故障發(fā)生。采用塑封袋及塑型模具進(jìn)行壓縮處理，此為真空壓縮方式。對(duì)于不同紙張?zhí)匦?，可以選擇不同吸力強(qiáng)度來(lái)達(dá)到不同壓縮程度。

圖3 機(jī)器粉碎紙張功能Fig.3 Machine shredding paper function

機(jī)器消防安全是十分重要的，在火災(zāi)初期可能出現(xiàn)陰燃情況，在溫度不是很高的情況下，溫感傳感器不一定能夠即時(shí)做出報(bào)警處理，因此在機(jī)器上安裝了一氧化碳探測(cè)器。如果火勢(shì)迅猛，機(jī)器迅速升溫將會(huì)被溫度傳感器即時(shí)檢測(cè)到，當(dāng)周?chē)h(huán)境的一氧化碳達(dá)到一定濃度或溫度達(dá)到紙張燃點(diǎn)時(shí)，將自動(dòng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)向消防部門(mén)及機(jī)器管理者發(fā)出火災(zāi)警報(bào)。

國(guó)家科學(xué)院研究表明，未經(jīng)消毒雙手的細(xì)菌總數(shù)為1 441個(gè)/cm2，大腸菌數(shù) MPN為15，而經(jīng)過(guò)消毒的雙手細(xì)菌平均數(shù)為364個(gè)/cm2，大腸菌群為0～6(MPN)個(gè)/cm2。紙張回收機(jī)作為一種公共設(shè)施，衛(wèi)生問(wèn)題應(yīng)被重視，因此選用了紫外線燈照射方式對(duì)回收的廢棄紙張進(jìn)行消毒。當(dāng)紙張被粉碎后，采用紫外線消毒燈照射3 min，這種消毒方式適用于密閉機(jī)器環(huán)境內(nèi)，相較于照射整本書(shū)籍粉碎后的消毒效果也更為明顯。與其他消毒方式相比，這種消毒方式更加方便快捷。

4 結(jié)論

綠色環(huán)境友好型機(jī)器設(shè)計(jì)符合我國(guó)環(huán)保及資源再利用要求。針對(duì)現(xiàn)有紙張回收裝置存在的不足，從綠色環(huán)保設(shè)計(jì)理念出發(fā)，提出粉碎壓縮設(shè)計(jì)，減少紙張運(yùn)輸體積，解決紙張內(nèi)容泄露問(wèn)題。智能型回收機(jī)將人工智能交互、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為設(shè)計(jì)的一部分，實(shí)現(xiàn)了自主操作，無(wú)需人工看守，可以解決學(xué)校周邊廢紙零碎不易回收問(wèn)題，做到了自動(dòng)回收，相較于人工回收降低了成本，減少了紙張資源浪費(fèi)。