厨余垃圾回收处理多功能水槽装置的设计

李鑫烊，何志辉

（浙江海洋大学 海洋工程装备学院，浙江 舟山 316000）

0 引言

随着我国餐饮业的发展和消费量的增加，厨余垃圾的产量显著增加。由于口蹄疫的存在，直接使用厨余垃圾作为饲料被严格限制[1]。同时由于厨余垃圾中的水分和盐含量高，焚烧厨余垃圾存在两个潜在问题：额外的能源消耗，以及产生和向环境释放有毒污染物，如二恶英[2]。

目前我们厨余垃圾的主要处理和再利用方法包括填埋、焚烧发电、灭菌后作为动物饲料、通过堆肥用作肥料和通过厌氧发酵产生生物能源等[3]。厨余垃圾具有较高的有机质含量和综合营养元素，可用于堆肥和厌氧处理，但是厨余垃圾中水分、油脂和盐的高含量不利于堆肥过程，因此限制了它们在肥料利用中的应用[4]。厌氧发酵是一种将厨余垃圾转化为绿色能源的有效技术，近年来被广泛用于城市生物质废弃物的处理[5]。当对厨余垃圾进行厌氧发酵处理时，由于其高油含量和大分子化合物的存在，在常规厌氧发酵期间会出现常见问题：在发酵过程的早期阶段乳酸的积累，导致pH值突然下降；由于蛋白质和脂肪含量高，氨、硫化物和长链脂肪酸的抑制等因素通常阻碍厌氧发酵的稳定性，从而限制了厌氧发酵的应用[6-7]。

因此，本文研究厨余垃圾无害化处理和资源化利用的技术设备，研究厨余垃圾回收处理的多功能水槽装置，实现厨余垃圾油水分离和回收利用对解决我国城市居民厨余垃圾问题有着重要意义。

1 功能要求和工作流程设计

1.1 功能要求

厨余垃圾回收处理的多功能水槽装置需要在厨房狭小的空间内实现垃圾的油水分离、水槽除臭、快速制肥、回收利用等多项功能，解决在日常生活中难以处理的垃圾处理问题。用户只需要将产生的厨余垃圾丢入该装置的回收口，可以轻松实现对厨余垃圾的固体和液体分类。对于液体垃圾，通过油水分离装置把液体表面浮油分离开来，防止直接排放到下水管道，有效减少管道内脂肪块堵塞等情况。对于固体厨余垃圾，通过粉碎、烘干快速制成有机肥，然后进行压缩、封口，方便用户后续进行堆肥处理。

1.2 工作流程设计

厨余垃圾回收处理的多功能水槽装置工作流程如图1所示。首先给装置接通电源，用户将垃圾丢入处理盒后，按下控制手柄上的分离按钮，装置启动，对垃圾进行油水分离。然后可以按下控制手柄上的粉碎按钮，电动机将会启动，对垃圾进行粉碎。粉碎完毕后，用户可以按下烘干按钮，烘干除臭装置将会启动，对垃圾进行烘干。烘干完毕后，操作控制手柄便可关闭电源，厨余垃圾处理完毕。

图1 垃圾处理系统处理流程图

2 样机的研制

2.1 样机模型

厨余垃圾处理系统由水槽本体、电动机、滤水支架、处理盒、处理腔、盖板、旋转刀片、烘干箱、除味箱、透气槽、冷却器等部件组成，结构如图2所示。在使用时，当厨余垃圾放入处理盒后，可接通电源，装置启动，先对垃圾进行油水分离，油水分离后，为了将污水滤除，处理盒底部的第二滤水孔与滤水支架底部的第一滤水孔被设计成不对称结构，在正常放置情况下，第一滤水孔和第二滤水孔不能重合，厨余垃圾倾倒以后，可以实现蓄水功能，使油浮于水面，需要进行滤水时只需拉动旁边把手，使第一滤水孔和第二滤水孔重合，便可实现滤水功能，然后可以启动电动机，对垃圾进行粉碎，粉碎后，开始对垃圾进行清洗，待清洗完毕，打开水槽底部的排水口使废水流出，可以启动烘干器，对垃圾进行烘干，烘干完毕，关闭电源，厨余垃圾处理完毕。为了提高油水分离的效率，设置冷却器，在使用时，先将冷却管插进放置槽中，推出限位块内部的安装板，并用螺钉对其进行固定，固定后，将冷却器固定在处理盒一侧，利用该装置加速油水分离的速度，可以很好地解决在温度较高的季节里食用油难以凝固的问题，这使得该装置的适用范围更广。

图2 水槽总体设计三维图

2.2 样机关键结构设计

2.2.1 油水分离

为了使油水分离（如图3）效果明显，综合考虑目前国内的多种油水分离方式后，利用油和水的密度不同会使油浮在水的表面的原理，设计了特殊的吹风口形状和角度，可以很好地去除垃圾中的油脂。这些油污通过单独管道排出，并进行回收。

图3 油水分离装置

2.2.2 滤水装置

油水分离后，为了将污水滤除（如图4），处理盒底部的第二滤水孔与滤水支架底部的第一滤水孔被设计成不对称结构，在正常放置情况下，第一滤水孔和第二滤水孔不能重合，厨余垃圾倾倒以后，可以实现蓄水功能，使油浮于水面，需要进行滤水时只需拉动旁边把手，使第一滤水孔和第二滤水孔重合，便可实现滤水功能。

图4 滤水装置

2.2.3 粉碎烘干装置

粉碎烘干装置的结构如图5所示，处理盒上表面放置有活动盖板，盖板一侧固定有若干电动机，电动机输出轴贯穿盖板，电动机输出轴外侧固定有若干旋转刀片。

图5 烘干机与垃圾粉碎装置图

2.2.4 除臭装置

除臭装置的结构如图5所示，盖板一侧固定有除味箱，除味箱与盖板之间开有透气槽；为了防止烘干过程中产生臭气，可以在除味箱中放置装有活性炭的气味过滤装置。

2.2.5 冷却装置

冷却装置的结构如图6所示，在使用时，先将冷却管插进放置槽中，推出限位块内部的安装板，并用螺钉对其进行固定，固定后，将冷却器固定在处理盒一侧，该装置可以提供-10 ℃以下的低温，加速食用油的凝固，加速油水分离的速度，可以很好地解决在温度较高的季节里食用油难以凝固的问题。

图6 冷却装置结构图

2.2.6 超声、臭氧清洗杀菌装置

清洗杀菌装置的结构如图7所示，水槽的底部开设有排水孔，超声装置固定安装在水槽底部且位于排水孔的两侧，超声装置与第一无线遥控开关电性连接。

图7 超声、臭氧清洗杀菌装置

当水槽内的垃圾被超声装置清洗后，可以进一步通过水槽侧边的启闭开关控制臭氧发生器的工作状态，当臭氧发生器工作时可利用放电产生臭氧的原理，以空气为原料，释放高浓度臭氧，可迅速杀灭水中及空气中的各种有害细菌，可以在垃圾清洗后进一步进行杀菌消毒。

3 样机测试实验

在厨余垃圾回收处理多功能水槽装置样机模型设计好之后，我们制造了样机，样机结构如图8所示，并对样机进行了测试实验。

图8 总体实物图

通过测试实验，厨余垃圾回收处理多功能水槽装置实现了对厨余垃圾的固体和液体分类。样机运作稳定，噪声小，处理过程无异味。使厨房垃圾得到了有效处理，实现了资源再生利用。另外厨余垃圾回收处理多功能水槽装置有以下5个特点：1）集成了超声波、臭氧的两种清洗特点，实现了远程控制、自动粉碎等功能；2）操作控制便捷，使用容易，操作方便；3）占用空间小，只需要一个正常家用水槽的空间；4）目前市场上同类装置存在很大空缺，可产生明显的经济效益。

4 结语

厨余垃圾处理是一项系统工程，需要每个人、每个家庭都具有强烈的环保意识。本文介绍的厨余垃圾回收处理多功能水槽装置对厨余垃圾进行了固液分离，从源头上回收处理厨余垃圾，处理后的废油可以做成生物柴油，固体废渣经过粉碎、烘干后，可以制成家禽和宠物饲料或花草树木的有机肥料，实现废物的资源再利用，在美化环境的同时，也方便了人们的生活。该厨余垃圾回收处理多功能水槽装置价格低、使用方便，适合家庭使用。