肖瑩瑩，王春雨

（1.德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253034；2 德州學(xué)院，山東德州 253023）

0 引言

廚余垃圾是居民在生活消費(fèi)過(guò)程中形成的食品廢棄物，含水率較高、有機(jī)質(zhì)含量高、營(yíng)養(yǎng)豐富，具有較高的利用價(jià)值，但也容易腐爛變質(zhì)，產(chǎn)生滲濾液和臭氣，且容易滋生蚊蟲(chóng)和致病菌，造成疾病的傳播，對(duì)人體健康和環(huán)境造成危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，廚余垃圾約占垃圾總量的30%～40 %，如果能處理好廚余垃圾，每天需要處理的垃圾將會(huì)減少很多。廚余垃圾無(wú)害化、資源化處理逐漸成為垃圾處理的熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。

中國(guó)人每天產(chǎn)生的垃圾約1.1 kg，以德州市為例，德州市常住人口約580 萬(wàn)，整個(gè)德州市一天的垃圾量約為6380 t。假設(shè)一輛卡車可以裝8 t，需要798 輛這樣的卡車才能把這些垃圾裝完，而這只是一天的垃圾量。若能將每天的廚余垃圾回收利用，將廚余垃圾通過(guò)垃圾處理裝置進(jìn)行加工，則德州市每天將減少約2500 t 的垃圾，每年將減少約93 萬(wàn)噸的垃圾處理量，極大地節(jié)省處理垃圾成本，減少污染，同時(shí)還能生產(chǎn)出新的有機(jī)肥料。

目前，我國(guó)的垃圾分類尚不健全，廚余垃圾通常和生活垃圾一同填埋或焚燒，大量的可回收垃圾無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源的合理回收利用，造成資源的巨大浪費(fèi)。聚焦當(dāng)前我國(guó)廚余垃圾分類資源化[2]，以實(shí)現(xiàn)家庭廚余垃圾無(wú)害化處理為目的，采用CAXA 實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行廚余垃圾處理器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)控制，研發(fā)新型廚余垃圾處理器，對(duì)解決廚余垃圾的處理問(wèn)題具有重要意義。

1 研究方法

1.1 調(diào)研廚余垃圾處理方式

城市生活垃圾處理處置已日益成為世界范圍內(nèi)一個(gè)普遍關(guān)注的問(wèn)題，生活垃圾特性是終端處理方式選擇的重要依據(jù)[3]。廚余垃圾泛指的是做飯后所產(chǎn)生的垃圾，泛指家庭生活飲食中所需用的來(lái)源生料及成品（熟食）或剩飯。熟廚余垃圾包括剩菜、剩飯、菜葉；生廚余垃圾包括果皮、蛋殼、茶渣、骨。

目前生活垃圾的處理方法主要有3 種：填埋、焚燒和堆肥。我國(guó)普遍采用直接填埋法處理城市的生活垃圾，焚化會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，危害周邊生態(tài)環(huán)境。堆肥處理可以達(dá)到資源再生的目的，但是生活垃圾養(yǎng)分低，長(zhǎng)期使用會(huì)造成土壤板結(jié)，并造成地下水污染。課題組通過(guò)走訪調(diào)研德州市的廚余垃圾去向，發(fā)現(xiàn)大部分廚余垃圾都隨同生活垃圾一起被填埋。調(diào)研還得知多數(shù)城市都在研究減少垃圾產(chǎn)生的方法，并且鼓勵(lì)資源回收。

廚余垃圾高溫消化可以利用少量的資源投入獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益[4]，實(shí)現(xiàn)廚余垃圾資源化、減量化、無(wú)害化處理[5]。如果能將廚余垃圾變廢為寶，將會(huì)極大改善居民生活條件，減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，節(jié)約能源，提高材料的利用率，因此，研究廚余垃圾處理裝置具有非常重要的意義。

1.2 研究技術(shù)路線

采用CAXA 實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行廚余垃圾處理器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)廚余垃圾處理流程：①進(jìn)行廚余垃圾研磨；②進(jìn)行廚余垃圾的烘干和排氣；③通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的溫度進(jìn)行有機(jī)肥轉(zhuǎn)化生產(chǎn)。廚余垃圾處理器采用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)垃圾處理器投放口的感應(yīng)開(kāi)合和自動(dòng)運(yùn)行功能。產(chǎn)品技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品技術(shù)路線

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型廚余垃圾處理器必須科學(xué)設(shè)計(jì)各構(gòu)件，配合單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)廚余垃圾無(wú)害化處理。采用CAXA 實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維建模，將研磨裝置、動(dòng)力裝置、排氣凈化裝置、收集裝置、顯示裝置五大部分獨(dú)立完成建模設(shè)計(jì)，再進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。

廚余垃圾處理器整體設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體形狀，廚余垃圾投放口在正上方，垃圾投入后機(jī)器自動(dòng)進(jìn)行研磨工作，工作狀態(tài)也可以繼續(xù)投放廚余垃圾。最后得到的有機(jī)肥儲(chǔ)存在收集裝置里。廚余垃圾處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要由電源、檢測(cè)裝置、動(dòng)力裝置、運(yùn)動(dòng)裝置3 部分組成。電源選擇市電標(biāo)準(zhǔn)AC 220 V，光電傳感裝置設(shè)置在垃圾桶正上方，用于檢測(cè)是否有人投放垃圾。動(dòng)力裝置選擇靜音電機(jī)，運(yùn)動(dòng)裝置選用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集、接受、處理和控制?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 廚余垃圾處理器控制系統(tǒng)

2.3 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、功耗低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生活中的方方面面，如洗衣機(jī)、電飯煲等。廚余垃圾處理器采用單片機(jī)進(jìn)行控制，根據(jù)信號(hào)狀態(tài)與程序邏輯執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，控制垃圾處理器完成廚余垃圾的無(wú)害化處理，具體工作流程如圖4 所示。垃圾處理器控制程序啟動(dòng)，通過(guò)光纖傳感器自動(dòng)檢測(cè)距離，當(dāng)有垃圾進(jìn)入設(shè)定范圍時(shí)，感應(yīng)裝置接受到信號(hào)，啟動(dòng)電機(jī)，完成開(kāi)蓋動(dòng)作。如果有垃圾進(jìn)入垃圾倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)感應(yīng)器會(huì)根據(jù)垃圾的濕度、形態(tài)等，判斷其是否是廚余垃圾。若判斷投入的不是廚余垃圾，則垃圾倉(cāng)蓋重新打開(kāi)，并提示用戶投入的垃圾不是廚余垃圾，應(yīng)取走。若判斷投入的是廚余垃圾，則鎖死有機(jī)肥開(kāi)關(guān)，以確保工作中的人員與設(shè)備安全。同時(shí)啟動(dòng)研磨裝置、烘干和凈化裝置，對(duì)廚余垃圾進(jìn)行無(wú)害化處理。處理過(guò)程結(jié)束后，所有器件自動(dòng)復(fù)位。垃圾無(wú)害化處理過(guò)程中，廚余垃圾是否完全轉(zhuǎn)變成有機(jī)肥是關(guān)鍵。此外，在收集裝置內(nèi)設(shè)置紅外傳感器，當(dāng)有機(jī)肥生產(chǎn)達(dá)到設(shè)定量時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，提醒用戶及時(shí)收取有機(jī)肥。

圖4 工作流程

3 創(chuàng)新點(diǎn)

本文設(shè)計(jì)的廚余垃圾處理能夠輕松處理廚余垃圾，避免填埋和焚燒造成的二次污染，并且能將廚余垃圾變廢為寶，極大地改善環(huán)境，對(duì)地球生態(tài)保護(hù)起到至關(guān)重要的作用。具備LED 數(shù)字顯示功能，使設(shè)備的工作狀態(tài)一目了然，實(shí)時(shí)掌握運(yùn)行狀態(tài)。整個(gè)處理工作過(guò)程無(wú)異味、無(wú)噪聲。新型垃圾處理器容量大、體積小，空間利用率高。

4 結(jié)束語(yǔ)

廚余垃圾是居民日常生活的產(chǎn)物，每天人均產(chǎn)生約1.1 kg的廚余垃圾。本文設(shè)計(jì)的新型廚余垃圾處理器根據(jù)家庭每日廚余垃圾產(chǎn)生的特點(diǎn)，采用CAXA 實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將廚余垃圾轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。利用傳感器檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)，由單片機(jī)程序控制蓋子、研磨系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)等部件，實(shí)現(xiàn)廚余垃圾處理器的自動(dòng)化控制。設(shè)備利用廚余垃圾生產(chǎn)有機(jī)肥，可以滿足一家8 口人一天的廚余垃圾處理需求，有效減少垃圾的產(chǎn)生，降低環(huán)衛(wèi)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)了廚余垃圾的資源化和再利用。