廚余垃圾處理器設計研究

肖瑩瑩，王春雨

（1.德州職業(yè)技術學院，山東德州 253034；2 德州學院，山東德州 253023）

0 引言

廚余垃圾是居民在生活消費過程中形成的食品廢棄物，含水率較高、有機質含量高、營養(yǎng)豐富，具有較高的利用價值，但也容易腐爛變質，產(chǎn)生滲濾液和臭氣，且容易滋生蚊蟲和致病菌，造成疾病的傳播，對人體健康和環(huán)境造成危害。據(jù)統(tǒng)計，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減少很多。廚余垃圾無害化、資源化處理逐漸成為垃圾處理的熱點問題[1]。

中國人每天產(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，整個德州市一天的垃圾量約為6380 t。假設一輛卡車可以裝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，將廚余垃圾通過垃圾處理裝置進行加工，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，同時還能生產(chǎn)出新的有機肥料。

目前，我國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法實現(xiàn)資源的合理回收利用，造成資源的巨大浪費。聚焦當前我國廚余垃圾分類資源化[2]，以實現(xiàn)家庭廚余垃圾無害化處理為目的，采用CAXA 實體設計軟件進行廚余垃圾處理器的結構設計，采用單片機控制，研發(fā)新型廚余垃圾處理器，對解決廚余垃圾的處理問題具有重要意義。

1 研究方法

1.1 調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)一個普遍關注的問題，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。我國普遍采用直接填埋法處理城市的生活垃圾，焚化會產(chǎn)生有毒氣體，危害周邊生態(tài)環(huán)境。堆肥處理可以達到資源再生的目的，但是生活垃圾養(yǎng)分低，長期使用會造成土壤板結，并造成地下水污染。課題組通過走訪調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)濟效益[4]，實現(xiàn)廚余垃圾資源化、減量化、無害化處理[5]。如果能將廚余垃圾變廢為寶，將會極大改善居民生活條件，減少對自然環(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 研究技術路線

采用CAXA 實體設計軟件進行廚余垃圾處理器的結構設計，合理設計廚余垃圾處理流程：①進行廚余垃圾研磨；②進行廚余垃圾的烘干和排氣；③通過設置相應的溫度進行有機肥轉化生產(chǎn)。廚余垃圾處理器采用單片機控制，實現(xiàn)垃圾處理器投放口的感應開合和自動運行功能。產(chǎn)品技術路線如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品技術路線

2 總體設計

2.1 機械結構設計

新型廚余垃圾處理器必須科學設計各構件，配合單片機控制，實現(xiàn)廚余垃圾無害化處理。采用CAXA 實體設計軟件進行三維建模，將研磨裝置、動力裝置、排氣凈化裝置、收集裝置、顯示裝置五大部分獨立完成建模設計，再進行裝配和運動仿真。

廚余垃圾處理器整體設計成長方體形狀，廚余垃圾投放口在正上方，垃圾投入后機器自動進行研磨工作，工作狀態(tài)也可以繼續(xù)投放廚余垃圾。最后得到的有機肥儲存在收集裝置里。廚余垃圾處理器內(nèi)部結構如圖2 所示。

圖2 內(nèi)部結構

2.2 控制系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)主要由電源、檢測裝置、動力裝置、運動裝置3 部分組成。電源選擇市電標準AC 220 V，光電傳感裝置設置在垃圾桶正上方，用于檢測是否有人投放垃圾。動力裝置選擇靜音電機，運動裝置選用單片機實現(xiàn)對信號的采集、接受、處理和控制?？刂葡到y(tǒng)結構如圖3 所示。

圖3 廚余垃圾處理器控制系統(tǒng)

2.3 單片機程序設計

單片機具有體積小、功能強、功耗低、使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于生活中的方方面面，如洗衣機、電飯煲等。廚余垃圾處理器采用單片機進行控制，根據(jù)信號狀態(tài)與程序邏輯執(zhí)行相應的動作，控制垃圾處理器完成廚余垃圾的無害化處理，具體工作流程如圖4 所示。垃圾處理器控制程序啟動，通過光纖傳感器自動檢測距離，當有垃圾進入設定范圍時，感應裝置接受到信號，啟動電機，完成開蓋動作。如果有垃圾進入垃圾倉，倉內(nèi)感應器會根據(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，則垃圾倉蓋重新打開，并提示用戶投入的垃圾不是廚余垃圾，應取走。若判斷投入的是廚余垃圾，則鎖死有機肥開關，以確保工作中的人員與設備安全。同時啟動研磨裝置、烘干和凈化裝置，對廚余垃圾進行無害化處理。處理過程結束后，所有器件自動復位。垃圾無害化處理過程中，廚余垃圾是否完全轉變成有機肥是關鍵。此外，在收集裝置內(nèi)設置紅外傳感器，當有機肥生產(chǎn)達到設定量時，報警系統(tǒng)啟動，提醒用戶及時收取有機肥。

圖4 工作流程

3 創(chuàng)新點

本文設計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，對地球生態(tài)保護起到至關重要的作用。具備LED 數(shù)字顯示功能，使設備的工作狀態(tài)一目了然，實時掌握運行狀態(tài)。整個處理工作過程無異味、無噪聲。新型垃圾處理器容量大、體積小，空間利用率高。

4 結束語

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。本文設計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，采用CAXA 實體設計軟件進行機械結構設計，將廚余垃圾轉化為有機肥，實現(xiàn)無害化處理。利用傳感器檢測設備狀態(tài)，由單片機程序控制蓋子、研磨系統(tǒng)、風機等部件，實現(xiàn)廚余垃圾處理器的自動化控制。設備利用廚余垃圾生產(chǎn)有機肥，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)工人的勞動強度，保護生態(tài)環(huán)境，并實現(xiàn)了廚余垃圾的資源化和再利用。