代亞平

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心 廣東廣州 510000）

1 垃圾是什么

生活垃圾是人們經(jīng)常接觸的東西，是人類生產(chǎn)生活的產(chǎn)物，從人類的產(chǎn)生開始即開始產(chǎn)生垃圾。在早期原始時(shí)期，經(jīng)濟(jì)條件落后，生產(chǎn)水平低下，此時(shí)的生活垃圾還屬于原始的、環(huán)境可以自己消耗的廢棄物。然而經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)得到較大改進(jìn)，大量物質(zhì)合成產(chǎn)生新的材料和物品，生產(chǎn)生活中的垃圾種類繁多，材質(zhì)來源廣泛，此時(shí)，丟棄的垃圾再也無法在環(huán)境中自我消耗，從而使得丟棄的垃圾在環(huán)境中堆積，且越積越多，最后垃圾泛濫，成為污染環(huán)境的一種公害。

從字面意義看，垃圾是暫時(shí)失去利用價(jià)值、無法直接利用的廢棄物，是生產(chǎn)生活中丟棄的不被需要的部分，是工業(yè)文明的產(chǎn)物和結(jié)果。實(shí)際上，垃圾“產(chǎn)量”高已經(jīng)是城市環(huán)境管理中的重要問題，農(nóng)村產(chǎn)生的垃圾的增長(zhǎng)也逐漸成為破壞農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的重要制約因素。

早期，垃圾處理技術(shù)還未廣泛利用，垃圾堆放是主要的手段，由于堆放總量過大，全國(guó)大部分的大中城市被城外的垃圾包圍，不但影響城市的市容，而且污染環(huán)境，影響人類生存，成為嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)害。垃圾隨意堆放，其滲濾的廢水進(jìn)入地下地表水及土壤，可揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)入大氣中，污染土壤、水和大氣，破壞植物的生長(zhǎng)環(huán)境，且間接危害人體健康，且一些有害物質(zhì)進(jìn)入大氣中直接被人類呼吸進(jìn)體內(nèi)，直接對(duì)人體產(chǎn)生危害。

隨著垃圾對(duì)人類生活的影響日益凸顯，人類與垃圾之間開始了斗智斗勇。直接堆放已經(jīng)嚴(yán)重影響人類生活，人類已經(jīng)開始關(guān)注家庭生活的品質(zhì)，垃圾填埋場(chǎng)應(yīng)運(yùn)而生。垃圾填埋場(chǎng)的建設(shè)通常選擇在偏遠(yuǎn)地帶，四面環(huán)山，但隨著城市規(guī)模的擴(kuò)展，早期建設(shè)的垃圾填埋場(chǎng)已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的垃圾的需要，且占據(jù)了城市擴(kuò)張的土地，加速了垃圾填埋場(chǎng)退出歷史舞臺(tái)。垃圾焚燒技術(shù)是一項(xiàng)徹底減量的技術(shù)，垃圾通過焚燒可以將有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為氣體，產(chǎn)生有限的灰渣，通過對(duì)氣體和灰渣進(jìn)行無害化處理后可以加以利用。

2 進(jìn)行垃圾分類的原因

垃圾是放錯(cuò)地方的寶貝。隨著人們對(duì)垃圾成分的了解及資源日益匱乏的加劇，對(duì)垃圾的分類回收再利用的需求日益迫切，同時(shí)，隨著垃圾產(chǎn)生量的增多，日益凸顯的環(huán)境問題也不容小覷，逐漸成為了制約農(nóng)村向城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要問題。通過對(duì)垃圾分類，不但可以改變城鄉(xiāng)的環(huán)境，而且可以促進(jìn)資源的回收再利用，提高城市建設(shè)質(zhì)量，改善生態(tài)建設(shè)。因此，垃圾分類技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。垃圾分類的實(shí)施改變以往眉毛胡子一把抓的局面，根據(jù)垃圾的性質(zhì)和再利用的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分類，可以避免以往垃圾混亂難以處理，或者處理方法簡(jiǎn)單粗暴不符合可持續(xù)發(fā)展理念。

常見的垃圾分類包括不可回收和可回收垃圾，廚余垃圾和非廚余垃圾。垃圾分類的形式為常規(guī)的家庭、個(gè)人分類，還有統(tǒng)一收運(yùn)處理前的集中分類。以集中分類為例，可以根據(jù)垃圾的性質(zhì)，將垃圾分為濕垃圾、金屬垃圾、塑料垃圾、灰渣等。在具體操作時(shí)，產(chǎn)生了各種技術(shù)和手段。具體來說，常見的分類方式包括針對(duì)有害垃圾的分類，如丟掉的血壓計(jì)、廢棄的電池、報(bào)廢的溫度計(jì)、丟棄的熒光燈、丟棄的油漆、失效的藥品及其包裝物、過期的殺毒劑等；針對(duì)易腐敗垃圾的分類，如食堂、賓館、飯店等產(chǎn)生的廚余垃圾，肉菜市場(chǎng)等產(chǎn)生的殘余物；針對(duì)可回收物的分類，如廢棄的金屬、廢棄的紙、廢棄的包裝、廢舊的紡織物、廢塑料、廢棄電子電器產(chǎn)品等。以上各類均設(shè)置專門的存儲(chǔ)容器，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)分類收集和收運(yùn)。

3 垃圾分類的專利技術(shù)

3.1 相關(guān)專利申請(qǐng)量情況分析

對(duì)一些國(guó)家的專利申請(qǐng)量對(duì)比，從結(jié)果中可以得知，專利申請(qǐng)量排序依次為中國(guó)、日本、韓國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)。對(duì)2003—2021年期間各個(gè)國(guó)家的專利申請(qǐng)量變化趨勢(shì)進(jìn)行分析可知，中國(guó)的專利申請(qǐng)量基本呈逐年增加的趨勢(shì)，從2008年開始，其申請(qǐng)量就遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他國(guó)家；而日本關(guān)于垃圾分類的專利申請(qǐng)較早，隨后每年申請(qǐng)量變化較小，基本呈穩(wěn)定的趨勢(shì)；其他國(guó)家的專利申請(qǐng)情況也基本呈穩(wěn)定量小的趨勢(shì)。

3.2 國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)情況分析

通過檢索，對(duì)垃圾分類的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)人進(jìn)行分析可以看出，企業(yè)的申請(qǐng)量居首位，其次是個(gè)人，然后依次是大專院校、機(jī)關(guān)團(tuán)體、科研單位。

從國(guó)內(nèi)省市排名看，福建、湖北、四川、上海、北京、安徽、山東、浙江、廣東、江西的相關(guān)專利申請(qǐng)量依次呈遞增趨勢(shì)，其與經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r也有一定關(guān)聯(lián)性。

3.3 技術(shù)路線

3.3.1 第一階段

垃圾分類技術(shù)最早公布的專利申請(qǐng)為1936年，來自德國(guó)的JEAN ETIENNE FELIX CAMBESSUDES于1935年申請(qǐng)了一種涉及用于家庭垃圾分揀裝置的改進(jìn)［1］，對(duì)家用垃圾進(jìn)行分揀，改進(jìn)裝置設(shè)置用于夾持和排出軟制品、用于回收廢織物和紙張的收集器，還設(shè)置有旋轉(zhuǎn)磁分離器，根據(jù)待分離對(duì)象的特性，設(shè)置針對(duì)性的分離裝置的結(jié)構(gòu)。1973年，來自美國(guó)的公司在荷蘭申請(qǐng)了一種垃圾處理工藝［2］，在空氣分級(jí)機(jī)中將垃圾分類成兩類，利用磁選機(jī)分離出重金屬，利用振動(dòng)器從殘留物中篩選出玻璃，熱解剩余的部分；通過裙式輸送機(jī)將垃圾中的報(bào)紙和紙板進(jìn)行分揀。該申請(qǐng)人陸續(xù)在美國(guó)、荷蘭、德國(guó)、法國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)家申請(qǐng)了專利，同時(shí)，在多個(gè)國(guó)家獲得了保護(hù)，這是關(guān)于垃圾分類的專利中第一次獲得多國(guó)保護(hù)的專利，體現(xiàn)了該公司的專利布局和保護(hù)意識(shí)，以及在海外風(fēng)險(xiǎn)控制的意識(shí)。1974年，來自瑞典的申請(qǐng)人PLATMANUFAKTUR AB申請(qǐng)了一種固體廢棄物分類的裝置［3］，將垃圾先粉碎，然后從中分離金屬材料并進(jìn)行分類收集。該申請(qǐng)人也陸續(xù)在瑞典、德國(guó)、日本、美國(guó)進(jìn)行了專利申請(qǐng)。至此，上述專利申請(qǐng)都是著重在于對(duì)收集后的垃圾進(jìn)行統(tǒng)一分選處理，部分專利也公開針對(duì)某種特定的物品進(jìn)行針對(duì)性地處理和回收有用的成分，核心點(diǎn)仍然在于終端控制。且上述時(shí)間段內(nèi)的專利申請(qǐng)主要在于分選回收垃圾中的金屬、紙質(zhì)等再生價(jià)值較大的成分。

3.3.2 第二階段

1984年，來自美國(guó)的ERTLEY HOLMES E申請(qǐng)了一種用于廢物回收的設(shè)施［4］的發(fā)明專利申請(qǐng)，將垃圾從源頭分類，放入標(biāo)準(zhǔn)尺寸的袋中，并送往收集點(diǎn)，同時(shí)裝入袋中，以保持對(duì)垃圾的分類，直到垃圾到達(dá)回收設(shè)施。上述申請(qǐng)首次提出從源頭開始控制對(duì)垃圾進(jìn)行分類回收，為后續(xù)的垃圾分類源頭控制提供了參考和依據(jù)。該專利申請(qǐng)技術(shù)方案拉開了源頭控制的序幕，從更高的層次為垃圾分類提供了思路，其源頭控制的思路在于將垃圾裝在不同的垃圾袋中，而回收設(shè)施是作為一種中轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。此后，陸續(xù)有申請(qǐng)關(guān)于源頭控制的專利。直到1989年，來自美國(guó)的GOSSETTDIANNE申請(qǐng)了垃圾容器［5］的專利申請(qǐng)，是首件針對(duì)垃圾分類桶設(shè)計(jì)的方案，該容器包括垃圾桶和一體式分段框架組件，將框架組件附接到垃圾桶的定邊緣，將垃圾袋固定到框架組件的每個(gè)分段的裝置中，該結(jié)構(gòu)的垃圾容器可以在一個(gè)垃圾桶中裝載不同種類的垃圾，使得家庭或者辦公場(chǎng)所的垃圾分類更加便利性。至此，對(duì)垃圾分類的研究開始從源頭控制著手，致力于源頭分類操作的便捷便利性，以及對(duì)垃圾桶結(jié)構(gòu)的改造以符合不同場(chǎng)景和要求的需要。

直到1993年，來自中國(guó)的伊五桂申請(qǐng)了我國(guó)的第一個(gè)關(guān)于垃圾分類裝置的實(shí)用新型專利——文明衛(wèi)生箱［6］，包括分選箱，通過活動(dòng)隔板結(jié)構(gòu)將其分隔成不同的存儲(chǔ)空間，對(duì)垃圾進(jìn)行分類堆放處理，并設(shè)置相應(yīng)的排空結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了垃圾清理的機(jī)械化。該申請(qǐng)人針對(duì)垃圾分類裝置申請(qǐng)了不同的技術(shù)方案。此后，我國(guó)關(guān)于垃圾分類的專利申請(qǐng)陸續(xù)產(chǎn)生，主要是集中在垃圾分類桶的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面。

3.3.3 第三階段

1998年，來自中國(guó)的唐壓有提交了關(guān)于一種環(huán)保用具的實(shí)用新型專利申請(qǐng)，該種環(huán)保用具是一種會(huì)說話分類的清潔箱［7］，在垃圾筒體上設(shè)置揚(yáng)聲器，紅外感應(yīng)探頭與揚(yáng)聲器相連，紅外感應(yīng)探頭感應(yīng)的信號(hào)通過語音集成電路的轉(zhuǎn)換形成語音，該語音通過音頻放大電路進(jìn)行放大，再通過處理后形成會(huì)說話的發(fā)聲器。當(dāng)行人需要扔垃圾時(shí)，首先經(jīng)過紅外感應(yīng)探頭進(jìn)行感應(yīng)，麥克風(fēng)播音，提醒人們對(duì)手中的垃圾進(jìn)行區(qū)分并實(shí)現(xiàn)分類，以提高環(huán)保意識(shí)。該專利申請(qǐng)通過在分類垃圾桶上集成一些智能因素，提高了垃圾分類的意識(shí)和分類效果，在垃圾分類裝置的基礎(chǔ)上，為智能控制提供了參考和依據(jù)。

隨后，來自日本的YAMADEN SEISHI KK申請(qǐng)了一種資源回收利用通信網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)［8］，該控制系統(tǒng)的可回收利用的垃圾被回收，其控制系統(tǒng)是通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的，該裝置包括一回收資源信息數(shù)據(jù)的底座的安裝結(jié)構(gòu)，安裝盒指定信息用于指示垃圾類型和分類回收資源，收集量信息用于指示收集所回收的資源量，通信線連接部用于連接到通信網(wǎng)絡(luò)，通過通信網(wǎng)絡(luò)連接和回收資源裝置回收可回收利用的資源垃圾。

此后，關(guān)于垃圾分類智能控制的申請(qǐng)量陸續(xù)增加，垃圾分類裝置的智能性得以提高，為更好分類提供了技術(shù)支撐。例如，由廣東而美星空環(huán)?？萍加邢薰旧暾?qǐng)的一種垃圾分類回收處理方法［9］，包括首先獲取得到二維碼信息，再通過軟件用戶登錄界面，識(shí)別主體的身份信息并且登錄主體的賬號(hào)，登錄成功后可遠(yuǎn)程控制投放窗的啟動(dòng)打開，投放垃圾后，系統(tǒng)將投放垃圾的重量的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)重量換算積分并匹配到相應(yīng)的用戶。由佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院申請(qǐng)的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的垃圾分類系統(tǒng)［10］，攝像頭首先獲取得到垃圾的圖像，該圖像被圖像識(shí)別模塊進(jìn)行識(shí)別并得到垃圾種類的信息，結(jié)果處理模塊然后對(duì)得到的垃圾種類的信息進(jìn)行處理并且將結(jié)果顯示在屏幕上，并進(jìn)行語音播報(bào)垃圾種類結(jié)構(gòu)，然后控制打開對(duì)應(yīng)的垃圾投放口投放垃圾。由江蘇叁拾柒號(hào)倉(cāng)智能科技有限公司申請(qǐng)的一種垃圾分類視覺識(shí)別算法及其智能盒［11］，其中，識(shí)別模塊的智能識(shí)別模型是Darknet垃圾圖像的識(shí)別模型，主要負(fù)責(zé)收集圖片和處理圖片的是圖片處理模塊，該圖片處理模塊還用于視覺模塊進(jìn)行識(shí)別，以便于對(duì)處理后的垃圾圖像進(jìn)行識(shí)別，然后獲得垃圾類型和置信度等數(shù)據(jù)，通信模塊主要用于智能識(shí)別模塊、信息處理模塊，以及上層服務(wù)的各個(gè)模塊之間的調(diào)用與控制，依次經(jīng)過識(shí)別模塊、圖片處理模塊和通信模塊來組成一種包括對(duì)垃圾進(jìn)行分類的視覺識(shí)別算法的體系，能夠使垃圾分類箱優(yōu)化為一種智能視覺識(shí)別的垃圾分類箱。又如，西安詠圣達(dá)電子科技有限公司申請(qǐng)的一種基于人工智能的視覺垃圾分類輔助系統(tǒng)、方法及裝置［12］，通過攝像頭檢測(cè)行人，對(duì)行人手中的垃圾進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)行人由遠(yuǎn)及近，攝像頭采集圖像，通過識(shí)別算法的方式對(duì)攜帶的垃圾進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別的垃圾種類顯示在屏幕上，展示垃圾分類的結(jié)果，通過屏幕動(dòng)畫指示完成對(duì)垃圾的投放。由廈門快商通科技股份有限公司申請(qǐng)的垃圾分類回收裝置及垃圾分類回收監(jiān)控系統(tǒng)［13］，包括轉(zhuǎn)動(dòng)蓋、生物特征采集部件、箱體、物品特征采集部件和控制機(jī)構(gòu)，箱體呈開口設(shè)置，蓋體可轉(zhuǎn)動(dòng)并且在垃圾箱關(guān)閉時(shí)可以遮擋開口，控制機(jī)構(gòu)與物品特征采集部件、生物特征采集部件和轉(zhuǎn)動(dòng)蓋連接，生物特征采集部件與控制器連接，通過采集用戶的生物特征，將信息發(fā)送到控制機(jī)構(gòu)，物品特征采集部件采集特征數(shù)據(jù)，該特征數(shù)據(jù)是垃圾由開口進(jìn)入箱體的數(shù)據(jù)，然后將采集到的特征數(shù)據(jù)發(fā)送給控制機(jī)構(gòu)，隨后，控制機(jī)構(gòu)根據(jù)采集的物品的特征數(shù)據(jù)和生物特征對(duì)垃圾進(jìn)行分類回收，并且計(jì)算該使用者的垃圾分類的準(zhǔn)確率。

4 結(jié)語

本文主要介紹垃圾、垃圾分類的原因和常規(guī)的類型，對(duì)垃圾分類技術(shù)相關(guān)的專利技術(shù)進(jìn)行梳理，從簡(jiǎn)單的僅靠機(jī)械構(gòu)件對(duì)垃圾進(jìn)行集中分類，然后從源頭上對(duì)垃圾分類的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，直到近期對(duì)垃圾分類的各種智能手段進(jìn)行研究，總結(jié)了垃圾分類系統(tǒng)和裝置相關(guān)的技術(shù)路線，為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員的研究提供一定的思路和參考。