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(guó)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(shí)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(gè)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(dòng)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(yíng)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?cè)诜柿侠弥械膽?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(duì)廚余垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理時(shí)，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(huì)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(zhǎng)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(duì)解決我國(guó)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(jì)

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(xiàng)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(duì)廚余垃圾的固體和液體分類。對(duì)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(duì)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(jì)

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(dòng)，對(duì)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(dòng)機(jī)將會(huì)啟動(dòng)，對(duì)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(huì)啟動(dòng)，對(duì)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(dòng)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(shí)，當(dāng)廚余垃圾放入處理盒后，可接通電源，裝置啟動(dòng)，先對(duì)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(jì)成不對(duì)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(shí)只需拉動(dòng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)，對(duì)垃圾進(jìn)行粉碎，粉碎后，開始對(duì)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(dòng)烘干器，對(duì)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(shí)，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(duì)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(jì)三維圖

2.2 樣機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(guó)內(nèi)的多種油水分離方式后，利用油和水的密度不同會(huì)使油浮在水的表面的原理，設(shè)計(jì)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(jì)成不對(duì)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(shí)只需拉動(dòng)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(dòng)蓋板，蓋板一側(cè)固定有若干電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出軸貫穿蓋板，電動(dòng)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(shí)，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(duì)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(shí)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(cè)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(jì)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(duì)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

圖8 總體實(shí)物圖

通過測(cè)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(duì)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(gè)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(dòng)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(gè)正常家用水槽的空間；4）目前市場(chǎng)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(xiàng)系統(tǒng)工程，需要每個(gè)人、每個(gè)家庭都具有強(qiáng)烈的環(huán)保意識(shí)。本文介紹的廚余垃圾回收處理多功能水槽裝置對(duì)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(shí)，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(jià)格低、使用方便，適合家庭使用。