生活垃圾的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

生活垃圾的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，我國(guó)生活垃圾的產(chǎn)量不斷提高，其中食物垃圾占很大比例。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市或者生活品質(zhì)比較高的地區(qū),平均每人每天產(chǎn)生餐廚垃圾高達(dá)1kg?，F(xiàn)階段,我國(guó)餐廚垃圾日產(chǎn)量超過50t的就有512個(gè)城市。2012-03-01,國(guó)內(nèi)首部以立法形式規(guī)范垃圾處理行為的地方性法規(guī)《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》正式實(shí)施,其中明確規(guī)定“本市鼓勵(lì)凈菜上市,提倡有條件的居住區(qū)、家庭安裝符合標(biāo)準(zhǔn)的廚余垃圾處理器?！蓖瑫r(shí),上海也出臺(tái)了相關(guān)政策,鼓勵(lì)安裝食物垃圾處理器。食物垃圾經(jīng)過研磨后,顆粒直徑是判斷食物垃圾處理器品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。如果經(jīng)過食物垃圾處理器研磨后的顆粒直徑仍然過大,一段時(shí)間后,積聚的殘留顆粒將會(huì)堵塞下水管道,給物業(yè)工作人員帶來很大麻煩,且影響食物垃圾處理器的使用效果。專家表示:“只要排入下水管道中的懸浮物顆粒粒徑均小于5mm,不但不會(huì)堵塞下水管道,反而有利于彎管內(nèi)沉積物和油脂的去除。”針對(duì)這種情況,筆者開發(fā)了一款食物垃圾處理器,為其設(shè)計(jì)了3個(gè)粉碎腔,第1個(gè)粉碎腔是實(shí)現(xiàn)食物垃圾的3級(jí)研磨,第2個(gè)粉碎腔是進(jìn)一步處理食物纖維、骨頭顆粒,第3個(gè)粉碎腔是最終處理,保證食物垃圾研磨細(xì)度在3mm以下。1垃圾粉碎刀盤食物垃圾處理器主要用于餐廚垃圾處理,通過小型直流或交流電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)二級(jí)研磨、三級(jí)研磨刀盤,在粉碎室內(nèi)利用離心力將粉碎腔內(nèi)的食物垃圾粉碎成顆粒小于3mm的物質(zhì),以便于其進(jìn)入下水管,進(jìn)入污水廠。機(jī)器安裝于廚房水槽下,與排水管相連,整個(gè)系統(tǒng)主要由220V的交流電源、高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)、粉碎刀盤、食物垃圾處理器粉碎室和粉碎顆粒下水管等組成,具體如圖1所示。2級(jí)、二級(jí)、三級(jí)研磨市面上的食物垃圾處理器多以單個(gè)研磨腔為主,通過選擇不同的刀盤實(shí)現(xiàn)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)研磨。但是,實(shí)驗(yàn)證明,經(jīng)過一次研磨腔研磨后,食物顆粒的直徑不能達(dá)到3mm,對(duì)難以處理的粗纖維、飯粒和硬質(zhì)骨頭等不能作細(xì)化處理,研磨細(xì)度不精。2.1級(jí)研磨刀盤為了提高食物垃圾的研磨細(xì)度,筆者設(shè)計(jì)的機(jī)器粉碎腔有3個(gè),第1個(gè)粉碎腔是對(duì)食物垃圾進(jìn)行三級(jí)研磨。三級(jí)研磨結(jié)構(gòu)是不銹鋼材料,如圖2所示,它包括轉(zhuǎn)子軸,安裝在轉(zhuǎn)子軸上的研磨刀盤,研磨刀盤上的刀頭和設(shè)置在研磨刀盤外圈的研磨圈。研磨刀盤如圖3所示,研磨圈如圖4所示。如圖3所示,三級(jí)研磨刀盤上設(shè)有2個(gè)刀頭,由刀盤上的360°回轉(zhuǎn)沖擊刀頭進(jìn)行研磨。刀頭可以在刀盤上自由轉(zhuǎn)動(dòng),與研磨刀盤之間通過銷釘連接。當(dāng)?shù)侗P高速旋轉(zhuǎn)時(shí),粉碎刀頭就會(huì)跟著來回運(yùn)動(dòng),但是,不會(huì)同步運(yùn)動(dòng),存在一定速度差。當(dāng)遇到食物垃圾時(shí),粉碎刀頭就會(huì)被迅速?gòu)椈?撞擊在粉碎刀盤的凸起上,產(chǎn)生很多的撞擊力,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)食物垃圾的粉碎。2.2食物垃圾研磨刀盤當(dāng)食物垃圾進(jìn)入粉碎腔后,電機(jī)帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn),設(shè)置在研磨刀盤上的刀頭來回旋轉(zhuǎn),將食物垃圾進(jìn)行一級(jí)粉碎;離心力使食物垃圾到達(dá)研磨刀盤邊沿后,與研磨圈之間的研磨間隙形成二級(jí)研磨;經(jīng)過二級(jí)研磨后,食物垃圾下降到研磨刀盤與研磨圈之間的平面研磨間隙,形成三級(jí)研磨,從而達(dá)到三級(jí)研磨處理食物垃圾的目的。2.3研磨三級(jí)研磨腔的制備由于單個(gè)三級(jí)研磨腔不能實(shí)現(xiàn)對(duì)粗纖維、根莖和硬骨頭的細(xì)化處理,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)食物垃圾的精細(xì)化處理,使其不堵塞管道,設(shè)計(jì)了二層、三層粉碎腔。這樣做的目的是深度處理殘余垃圾,徹底處理一級(jí)研磨腔無法處理的垃圾纖維。二層粉碎腔主要由研磨刀片、研磨圈和濾網(wǎng)組成,濾網(wǎng)小孔的直徑為3mm。二層粉碎腔的工作就是進(jìn)一步切割,研磨三級(jí)研磨不能處理的粗纖維、根莖和硬骨頭垃圾。研磨后的顆粒通過濾網(wǎng)進(jìn)入第三層研磨倉(cāng),以保證研磨后的顆粒直徑小于3mm。第三層研磨腔是徹底處理食物垃圾顆粒,通過切割刀片的旋轉(zhuǎn)再次切割,然后把切割顆粒隨著水流流入排污口。2.4電機(jī)的選擇和用量驅(qū)動(dòng)電機(jī)為食物垃圾處理器提供能量,也是垃圾處理器的重要組成部分,其性能直接影響著廚余垃圾處理器的質(zhì)量。直流電機(jī)輸出力矩大,轉(zhuǎn)速比較快,效率高,體積小,質(zhì)量輕;交流電機(jī)轉(zhuǎn)速比較穩(wěn),使用壽命長(zhǎng),過載保護(hù)裝置比較好。由于垃圾處理器頻繁啟動(dòng),并要求轉(zhuǎn)速快、效率高等,綜合考慮各種因素,筆者設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器采用直流電機(jī)。在選擇電機(jī)時(shí),應(yīng)在電機(jī)滿足負(fù)載要求的條件下,經(jīng)濟(jì)、合理地選擇電機(jī)的速度和功率。假如電機(jī)功率選擇比較小,電機(jī)將過載使用,影響電機(jī)的使用壽命,導(dǎo)致電機(jī)過早損壞;又或者電機(jī)功率選擇比較大,則電機(jī)處于欠載荷的工作狀態(tài)下,導(dǎo)致電機(jī)使用的浪費(fèi)。因此,在選擇電機(jī)時(shí),要嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算,可以按照以下步驟進(jìn)行:(1)根據(jù)具體情況,計(jì)算負(fù)載的功率P1;(2)根據(jù)實(shí)際負(fù)載的功率P1,預(yù)選電機(jī)的額定功率Pd,同時(shí),保證Pd≥P1,一般取Pd=1.2P1;(3)校驗(yàn)電機(jī)的選擇是否合適。假設(shè)刀盤半徑為r,當(dāng)?shù)侗P高速旋轉(zhuǎn)時(shí),刀盤上的流體層也做圓周運(yùn)動(dòng)。由于流體層受到離心力的作用,在轉(zhuǎn)盤的邊緣處遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)盤向外拋。與此同時(shí),新的流體也會(huì)出現(xiàn)同樣的運(yùn)動(dòng)過程,于是,在很短時(shí)間內(nèi)就建立了定常流動(dòng),其為轉(zhuǎn)盤的高速旋轉(zhuǎn)施加了很當(dāng)大的阻力。如果刀盤的轉(zhuǎn)速為4000r/min,刀盤的直徑選擇為110mm,則轉(zhuǎn)矩為:式(1)中:K為比例系數(shù),取1.935;r為轉(zhuǎn)盤半徑;Γ為運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù);ρ為流體密度;ω為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。經(jīng)過計(jì)算,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為:ω=2πn/60=418.67rad/s。運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)為:Γ=μ/ρ=1.006×10將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(1),可計(jì)算出轉(zhuǎn)矩為:M=0.419N·m。因?yàn)檗D(zhuǎn)矩M=力×力臂,所以流體的阻力F1=M/r=5.59N,一般食物垃圾的實(shí)驗(yàn)阻力F2=11.5N,刀盤在旋轉(zhuǎn)時(shí)需要克服的流體阻力和食物垃圾的阻力F=F1+F2=5.59+11.5=17.09.粉碎刀盤的線速度V的計(jì)算公式為:所以,負(fù)載的功率P1=FV=322.39W,電機(jī)的額定功率Pd=1.2P1=389W。基于以上特點(diǎn),在設(shè)計(jì)食物垃圾處理器時(shí),筆者選用直流永磁電動(dòng)機(jī),電機(jī)轉(zhuǎn)速為4000r/min,功率為400W,型號(hào)為ZYT-78S-12系列。2.5生活垃圾投入口食物垃圾處理器其他部分的設(shè)計(jì)為非主要部件,主要包括投入口、排污口等。排污口由排水彎管、彎管法蘭和橡膠密封圈組成。彎管法蘭把排水彎管固定在處理器上,橡膠密封圈防止水分和垃圾殘?jiān)庖?起密封的作用,以減小電機(jī)的噪聲。食物垃圾投入口主要包括裝配環(huán)、支撐環(huán)、水槽凸緣鉚合件和防濺罩等幾部分。裝配環(huán)、支撐環(huán)與水槽凸緣鉚合件相接;水槽凸緣鉚合件的上半部分卡在洗滌盆下水口,水槽凸緣鉚合件的下半部分與支撐環(huán)通過螺紋相連,裝配環(huán)的卡槽與垃圾處理器的卡鎖連接。在銜接中,分別有橡膠密封墊圈、石棉墊圈和墊圈,起密封作用,以減小電機(jī)發(fā)出的噪聲。為了防止食物垃圾在粉碎時(shí)濺出,加裝1個(gè)防濺罩。2.6試樣系統(tǒng)投運(yùn)后的污水結(jié)果該樣機(jī)安裝在廚房水池下方,與水池出水口相接,圓筒形,高度約350mm,直徑為200mm,重6kg左右,藏于廚柜內(nèi)部,連接下水管道。向樣機(jī)中投入果皮、蔬菜葉子、骨頭、魚刺等食物垃圾,排污口排出的污水結(jié)果如圖5所示。由此可以看出,食物垃圾被粉碎后能夠通過濾網(wǎng)進(jìn)入排污系統(tǒng),粉碎后的垃圾直徑小于3mm,沒有出現(xiàn)堵塞管道的情況。向樣機(jī)中投入核桃皮、大骨頭、混凝土等比較硬的東西時(shí),排污口排出的污水結(jié)果如圖6所示。由此可以看出,粉碎顆粒比較細(xì)膩,不會(huì)堵塞下水道。水管最大水量運(yùn)行1min耗水0.0223t,水管正常流水運(yùn)行1min耗水0.005t。樣機(jī)空轉(zhuǎn)1min耗電約0.0125kW·h,沖水運(yùn)轉(zhuǎn)1min耗電0.025kW·h,垃圾研磨1min耗電0.022kW·h。樣機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),其聲音與洗衣機(jī)聲音差不多,隔音效果較好。3減排垃圾