厨余垃圾处理器设计研究

肖莹莹，王春雨

（1.德州职业技术学院，山东德州 253034；2 德州学院，山东德州 253023）

0 引言

厨余垃圾是居民在生活消费过程中形成的食品废弃物，含水率较高、有机质含量高、营养丰富，具有较高的利用价值，但也容易腐烂变质，产生渗滤液和臭气，且容易滋生蚊虫和致病菌，造成疾病的传播，对人体健康和环境造成危害。据统计，厨余垃圾约占垃圾总量的30%～40 %，如果能处理好厨余垃圾，每天需要处理的垃圾将会减少很多。厨余垃圾无害化、资源化处理逐渐成为垃圾处理的热点问题[1]。

中国人每天产生的垃圾约1.1 kg，以德州市为例，德州市常住人口约580 万，整个德州市一天的垃圾量约为6380 t。假设一辆卡车可以装8 t，需要798 辆这样的卡车才能把这些垃圾装完，而这只是一天的垃圾量。若能将每天的厨余垃圾回收利用，将厨余垃圾通过垃圾处理装置进行加工，则德州市每天将减少约2500 t 的垃圾，每年将减少约93 万吨的垃圾处理量，极大地节省处理垃圾成本，减少污染，同时还能生产出新的有机肥料。

目前，我国的垃圾分类尚不健全，厨余垃圾通常和生活垃圾一同填埋或焚烧，大量的可回收垃圾无法实现资源的合理回收利用，造成资源的巨大浪费。聚焦当前我国厨余垃圾分类资源化[2]，以实现家庭厨余垃圾无害化处理为目的，采用CAXA 实体设计软件进行厨余垃圾处理器的结构设计，采用单片机控制，研发新型厨余垃圾处理器，对解决厨余垃圾的处理问题具有重要意义。

1 研究方法

1.1 调研厨余垃圾处理方式

城市生活垃圾处理处置已日益成为世界范围内一个普遍关注的问题，生活垃圾特性是终端处理方式选择的重要依据[3]。厨余垃圾泛指的是做饭后所产生的垃圾，泛指家庭生活饮食中所需用的来源生料及成品（熟食）或剩饭。熟厨余垃圾包括剩菜、剩饭、菜叶；生厨余垃圾包括果皮、蛋壳、茶渣、骨。

目前生活垃圾的处理方法主要有3 种：填埋、焚烧和堆肥。我国普遍采用直接填埋法处理城市的生活垃圾，焚化会产生有毒气体，危害周边生态环境。堆肥处理可以达到资源再生的目的，但是生活垃圾养分低，长期使用会造成土壤板结，并造成地下水污染。课题组通过走访调研德州市的厨余垃圾去向，发现大部分厨余垃圾都随同生活垃圾一起被填埋。调研还得知多数城市都在研究减少垃圾产生的方法，并且鼓励资源回收。

厨余垃圾高温消化可以利用少量的资源投入获得较高的经济效益[4]，实现厨余垃圾资源化、减量化、无害化处理[5]。如果能将厨余垃圾变废为宝，将会极大改善居民生活条件，减少对自然环境的破坏，节约能源，提高材料的利用率，因此，研究厨余垃圾处理装置具有非常重要的意义。

1.2 研究技术路线

采用CAXA 实体设计软件进行厨余垃圾处理器的结构设计，合理设计厨余垃圾处理流程：①进行厨余垃圾研磨；②进行厨余垃圾的烘干和排气；③通过设置相应的温度进行有机肥转化生产。厨余垃圾处理器采用单片机控制，实现垃圾处理器投放口的感应开合和自动运行功能。产品技术路线如图1 所示。

图1 产品技术路线

2 总体设计

2.1 机械结构设计

新型厨余垃圾处理器必须科学设计各构件，配合单片机控制，实现厨余垃圾无害化处理。采用CAXA 实体设计软件进行三维建模，将研磨装置、动力装置、排气净化装置、收集装置、显示装置五大部分独立完成建模设计，再进行装配和运动仿真。

厨余垃圾处理器整体设计成长方体形状，厨余垃圾投放口在正上方，垃圾投入后机器自动进行研磨工作，工作状态也可以继续投放厨余垃圾。最后得到的有机肥储存在收集装置里。厨余垃圾处理器内部结构如图2 所示。

图2 内部结构

2.2 控制系统设计

控制系统主要由电源、检测装置、动力装置、运动装置3 部分组成。电源选择市电标准AC 220 V，光电传感装置设置在垃圾桶正上方，用于检测是否有人投放垃圾。动力装置选择静音电机，运动装置选用单片机实现对信号的采集、接受、处理和控制。控制系统结构如图3 所示。

图3 厨余垃圾处理器控制系统

2.3 单片机程序设计

单片机具有体积小、功能强、功耗低、使用方便等优点，广泛应用于生活中的方方面面，如洗衣机、电饭煲等。厨余垃圾处理器采用单片机进行控制，根据信号状态与程序逻辑执行相应的动作，控制垃圾处理器完成厨余垃圾的无害化处理，具体工作流程如图4 所示。垃圾处理器控制程序启动，通过光纤传感器自动检测距离，当有垃圾进入设定范围时，感应装置接受到信号，启动电机，完成开盖动作。如果有垃圾进入垃圾仓，仓内感应器会根据垃圾的湿度、形态等，判断其是否是厨余垃圾。若判断投入的不是厨余垃圾，则垃圾仓盖重新打开，并提示用户投入的垃圾不是厨余垃圾，应取走。若判断投入的是厨余垃圾，则锁死有机肥开关，以确保工作中的人员与设备安全。同时启动研磨装置、烘干和净化装置，对厨余垃圾进行无害化处理。处理过程结束后，所有器件自动复位。垃圾无害化处理过程中，厨余垃圾是否完全转变成有机肥是关键。此外，在收集装置内设置红外传感器，当有机肥生产达到设定量时，报警系统启动，提醒用户及时收取有机肥。

图4 工作流程

3 创新点

本文设计的厨余垃圾处理能够轻松处理厨余垃圾，避免填埋和焚烧造成的二次污染，并且能将厨余垃圾变废为宝，极大地改善环境，对地球生态保护起到至关重要的作用。具备LED 数字显示功能，使设备的工作状态一目了然，实时掌握运行状态。整个处理工作过程无异味、无噪声。新型垃圾处理器容量大、体积小，空间利用率高。

4 结束语

厨余垃圾是居民日常生活的产物，每天人均产生约1.1 kg的厨余垃圾。本文设计的新型厨余垃圾处理器根据家庭每日厨余垃圾产生的特点，采用CAXA 实体设计软件进行机械结构设计，将厨余垃圾转化为有机肥，实现无害化处理。利用传感器检测设备状态，由单片机程序控制盖子、研磨系统、风机等部件，实现厨余垃圾处理器的自动化控制。设备利用厨余垃圾生产有机肥，可以满足一家8 口人一天的厨余垃圾处理需求，有效减少垃圾的产生，降低环卫工人的劳动强度，保护生态环境，并实现了厨余垃圾的资源化和再利用。