廚余垃圾回收處理多功能水槽裝置的設(shè)計

李鑫烊，何志輝

（浙江海洋大學(xué) 海洋工程裝備學(xué)院，浙江 舟山 316000）

0 引言

隨著我國餐飲業(yè)的發(fā)展和消費(fèi)量的增加，廚余垃圾的產(chǎn)量顯著增加。由于口蹄疫的存在，直接使用廚余垃圾作為飼料被嚴(yán)格限制[1]。同時由于廚余垃圾中的水分和鹽含量高，焚燒廚余垃圾存在兩個潛在問題：額外的能源消耗，以及產(chǎn)生和向環(huán)境釋放有毒污染物，如二惡英[2]。

目前我們廚余垃圾的主要處理和再利用方法包括填埋、焚燒發(fā)電、滅菌后作為動物飼料、通過堆肥用作肥料和通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生生物能源等[3]。廚余垃圾具有較高的有機(jī)質(zhì)含量和綜合營養(yǎng)元素，可用于堆肥和厭氧處理，但是廚余垃圾中水分、油脂和鹽的高含量不利于堆肥過程，因此限制了它們在肥料利用中的應(yīng)用[4]。厭氧發(fā)酵是一種將廚余垃圾轉(zhuǎn)化為綠色能源的有效技術(shù)，近年來被廣泛用于城市生物質(zhì)廢棄物的處理[5]。當(dāng)對廚余垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理時，由于其高油含量和大分子化合物的存在，在常規(guī)厭氧發(fā)酵期間會出現(xiàn)常見問題：在發(fā)酵過程的早期階段乳酸的積累，導(dǎo)致pH值突然下降；由于蛋白質(zhì)和脂肪含量高，氨、硫化物和長鏈脂肪酸的抑制等因素通常阻礙厭氧發(fā)酵的穩(wěn)定性，從而限制了厭氧發(fā)酵的應(yīng)用[6-7]。

因此，本文研究廚余垃圾無害化處理和資源化利用的技術(shù)設(shè)備，研究廚余垃圾回收處理的多功能水槽裝置，實(shí)現(xiàn)廚余垃圾油水分離和回收利用對解決我國城市居民廚余垃圾問題有著重要意義。

1 功能要求和工作流程設(shè)計

1.1 功能要求

廚余垃圾回收處理的多功能水槽裝置需要在廚房狹小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)垃圾的油水分離、水槽除臭、快速制肥、回收利用等多項功能，解決在日常生活中難以處理的垃圾處理問題。用戶只需要將產(chǎn)生的廚余垃圾丟入該裝置的回收口，可以輕松實(shí)現(xiàn)對廚余垃圾的固體和液體分類。對于液體垃圾，通過油水分離裝置把液體表面浮油分離開來，防止直接排放到下水管道，有效減少管道內(nèi)脂肪塊堵塞等情況。對于固體廚余垃圾，通過粉碎、烘干快速制成有機(jī)肥，然后進(jìn)行壓縮、封口，方便用戶后續(xù)進(jìn)行堆肥處理。

1.2 工作流程設(shè)計

廚余垃圾回收處理的多功能水槽裝置工作流程如圖1所示。首先給裝置接通電源，用戶將垃圾丟入處理盒后，按下控制手柄上的分離按鈕，裝置啟動，對垃圾進(jìn)行油水分離。然后可以按下控制手柄上的粉碎按鈕，電動機(jī)將會啟動，對垃圾進(jìn)行粉碎。粉碎完畢后，用戶可以按下烘干按鈕，烘干除臭裝置將會啟動，對垃圾進(jìn)行烘干。烘干完畢后，操作控制手柄便可關(guān)閉電源，廚余垃圾處理完畢。

圖1 垃圾處理系統(tǒng)處理流程圖

2 樣機(jī)的研制

2.1 樣機(jī)模型

廚余垃圾處理系統(tǒng)由水槽本體、電動機(jī)、濾水支架、處理盒、處理腔、蓋板、旋轉(zhuǎn)刀片、烘干箱、除味箱、透氣槽、冷卻器等部件組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。在使用時，當(dāng)廚余垃圾放入處理盒后，可接通電源，裝置啟動，先對垃圾進(jìn)行油水分離，油水分離后，為了將污水濾除，處理盒底部的第二濾水孔與濾水支架底部的第一濾水孔被設(shè)計成不對稱結(jié)構(gòu)，在正常放置情況下，第一濾水孔和第二濾水孔不能重合，廚余垃圾傾倒以后，可以實(shí)現(xiàn)蓄水功能，使油浮于水面，需要進(jìn)行濾水時只需拉動旁邊把手，使第一濾水孔和第二濾水孔重合，便可實(shí)現(xiàn)濾水功能，然后可以啟動電動機(jī)，對垃圾進(jìn)行粉碎，粉碎后，開始對垃圾進(jìn)行清洗，待清洗完畢，打開水槽底部的排水口使廢水流出，可以啟動烘干器，對垃圾進(jìn)行烘干，烘干完畢，關(guān)閉電源，廚余垃圾處理完畢。為了提高油水分離的效率，設(shè)置冷卻器，在使用時，先將冷卻管插進(jìn)放置槽中，推出限位塊內(nèi)部的安裝板，并用螺釘對其進(jìn)行固定，固定后，將冷卻器固定在處理盒一側(cè)，利用該裝置加速油水分離的速度，可以很好地解決在溫度較高的季節(jié)里食用油難以凝固的問題，這使得該裝置的適用范圍更廣。

圖2 水槽總體設(shè)計三維圖

2.2 樣機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 油水分離

為了使油水分離（如圖3）效果明顯，綜合考慮目前國內(nèi)的多種油水分離方式后，利用油和水的密度不同會使油浮在水的表面的原理，設(shè)計了特殊的吹風(fēng)口形狀和角度，可以很好地去除垃圾中的油脂。這些油污通過單獨(dú)管道排出，并進(jìn)行回收。

圖3 油水分離裝置

2.2.2 濾水裝置

油水分離后，為了將污水濾除（如圖4），處理盒底部的第二濾水孔與濾水支架底部的第一濾水孔被設(shè)計成不對稱結(jié)構(gòu)，在正常放置情況下，第一濾水孔和第二濾水孔不能重合，廚余垃圾傾倒以后，可以實(shí)現(xiàn)蓄水功能，使油浮于水面，需要進(jìn)行濾水時只需拉動旁邊把手，使第一濾水孔和第二濾水孔重合，便可實(shí)現(xiàn)濾水功能。

圖4 濾水裝置

2.2.3 粉碎烘干裝置

粉碎烘干裝置的結(jié)構(gòu)如圖5所示，處理盒上表面放置有活動蓋板，蓋板一側(cè)固定有若干電動機(jī)，電動機(jī)輸出軸貫穿蓋板，電動機(jī)輸出軸外側(cè)固定有若干旋轉(zhuǎn)刀片。

圖5 烘干機(jī)與垃圾粉碎裝置圖

2.2.4 除臭裝置

除臭裝置的結(jié)構(gòu)如圖5所示，蓋板一側(cè)固定有除味箱，除味箱與蓋板之間開有透氣槽；為了防止烘干過程中產(chǎn)生臭氣，可以在除味箱中放置裝有活性炭的氣味過濾裝置。

2.2.5 冷卻裝置

冷卻裝置的結(jié)構(gòu)如圖6所示，在使用時，先將冷卻管插進(jìn)放置槽中，推出限位塊內(nèi)部的安裝板，并用螺釘對其進(jìn)行固定，固定后，將冷卻器固定在處理盒一側(cè)，該裝置可以提供-10 ℃以下的低溫，加速食用油的凝固，加速油水分離的速度，可以很好地解決在溫度較高的季節(jié)里食用油難以凝固的問題。

圖6 冷卻裝置結(jié)構(gòu)圖

2.2.6 超聲、臭氧清洗殺菌裝置

清洗殺菌裝置的結(jié)構(gòu)如圖7所示，水槽的底部開設(shè)有排水孔，超聲裝置固定安裝在水槽底部且位于排水孔的兩側(cè)，超聲裝置與第一無線遙控開關(guān)電性連接。

圖7 超聲、臭氧清洗殺菌裝置

當(dāng)水槽內(nèi)的垃圾被超聲裝置清洗后，可以進(jìn)一步通過水槽側(cè)邊的啟閉開關(guān)控制臭氧發(fā)生器的工作狀態(tài)，當(dāng)臭氧發(fā)生器工作時可利用放電產(chǎn)生臭氧的原理，以空氣為原料，釋放高濃度臭氧，可迅速殺滅水中及空氣中的各種有害細(xì)菌，可以在垃圾清洗后進(jìn)一步進(jìn)行殺菌消毒。

3 樣機(jī)測試實(shí)驗(yàn)

在廚余垃圾回收處理多功能水槽裝置樣機(jī)模型設(shè)計好之后，我們制造了樣機(jī)，樣機(jī)結(jié)構(gòu)如圖8所示，并對樣機(jī)進(jìn)行了測試實(shí)驗(yàn)。

圖8 總體實(shí)物圖

通過測試實(shí)驗(yàn)，廚余垃圾回收處理多功能水槽裝置實(shí)現(xiàn)了對廚余垃圾的固體和液體分類。樣機(jī)運(yùn)作穩(wěn)定，噪聲小，處理過程無異味。使廚房垃圾得到了有效處理，實(shí)現(xiàn)了資源再生利用。另外廚余垃圾回收處理多功能水槽裝置有以下5個特點(diǎn)：1）集成了超聲波、臭氧的兩種清洗特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、自動粉碎等功能；2）操作控制便捷，使用容易，操作方便；3）占用空間小，只需要一個正常家用水槽的空間；4）目前市場上同類裝置存在很大空缺，可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

廚余垃圾處理是一項系統(tǒng)工程，需要每個人、每個家庭都具有強(qiáng)烈的環(huán)保意識。本文介紹的廚余垃圾回收處理多功能水槽裝置對廚余垃圾進(jìn)行了固液分離，從源頭上回收處理廚余垃圾，處理后的廢油可以做成生物柴油，固體廢渣經(jīng)過粉碎、烘干后，可以制成家禽和寵物飼料或花草樹木的有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)廢物的資源再利用，在美化環(huán)境的同時，也方便了人們的生活。該廚余垃圾回收處理多功能水槽裝置價格低、使用方便，適合家庭使用。