关键词：厨余垃圾；处理器；设计
1、厨余食物垃圾处理器的现状
厨余食物垃圾处理器主要分三种类型：①将厨余垃圾破碎后，直接排入下水道；②以减量化为主，采用加热器使水分蒸发，减小垃圾体积再进行回收利用；③以资源化为主，先利用细菌将有机物分解，剩下的残渣可以作为肥料使用。厨余垃圾处理器的优势在于没有二次污染，占地小，操作方便，运行成本低。
国外的厨余食物垃圾处理装置主要是机械研磨型和生化处理型。机械研磨型是通过高速旋转的刀片将各种食物垃圾切碎成微小颗粒，再冲入下水道。美国处理厨房食物垃圾主要使用此类型的处理器。处理器安装在厨房水槽下面，能将厨余食物垃圾快速粉碎为小颗粒，随流水一起进入城市污水管道。这种机器在美国家庭普及率在95%以上，并被推广到其他国家，如日本家庭普及率也35%以上。但是将食物垃圾的颗粒排入下水系统后，容易加重污水的污染程度，有时还会引起下水管网的堵塞。由于我国许多城市雨水和污水管还未完全分离，使用这种方法会造成对自然水体的污染，因此不适宜进行大规模的推广应用。
近几年，国外兴起了一种有机垃圾处理方式——生化处理。其原理就是将催化剂掺入垃圾中，经过数小时不间断地搅拌后，垃圾被分解成水和二氧化碳。如日本三洋、松下公司推出的厨余食物垃圾处理机，采用微生物来分解垃圾，使垃圾转化为水和二氧化碳。小型生化处理器处理有机垃圾虽然效率高，但是处理成本太高；同时食物垃圾中含有很多酱油和盐分，如果加工后作为肥料大量地使用会引起土质恶化，不利于农作物的生长，甚至会引发沙漠化。因此，这种方法在家庭中也很少使用。
目前，我国对食物垃圾处理方面的研究还很少，国内的食物垃圾处理器大都直接照搬国外产品，不太适合中国的城市住房特点和饮食结构，所以研制一款适合我国国情的食物垃圾处理器十分必要。
2、厨余垃圾处理器总体设计
我国居民厨余食物垃圾主要包括米面粉、蔬菜、动物油、植物油、肉骨、鱼刺等食物残余。化学组份主要为纤维素、蛋白质、淀粉、脂类和无机盐等。厨余食物垃圾的特点：①粗蛋白和粗纤维等有机物含量较高。可以开发利用，但是容易腐败并产生恶臭。②含水率高。水的质量分数大于80%，不便于收集运输。热值低，容易产生渗沥液等二次污染物。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆③油脂类和盐类物含量比较高，对资源化产品品质影响较大，需要进行妥善处理。
厨余食物垃圾从处理器的挤压入口进入，通过锥形螺旋轴初步挤压破碎。由于厨余垃圾含有极高的水分与有机物，易被挤压破坏。挤压出的污水通过油水分离装置分离出油脂后排出，同时被锥形螺旋轴挤压后的食物残渣掉入压缩成型室，经压缩成型、加热干燥后，可回收再处理。
2.1螺旋挤压脱水装置设计
依靠螺旋轴根径由大到小和螺旋导程逐渐缩小来挤压膛内的容积，使空余体积逐渐缩小，压力逐渐增大，挤压出水分。工作时，将厨余食物放入料斗，由转动的螺杆送入挤压膛内。由于螺杆轴作旋转运动，带动食物垃圾在挤压膛内运动，互相摩擦。随着螺杆轴根径不断增大，挤压膛内容积越来越小，压力越来越大，从而挤出水分和油脂，并从挤压腔缝隙中流出，进入油水分离装置。
挤压膛主要由压缩笼和螺杆轴组成。挤压笼是一个由钢条、间隙片围成的带有缝隙的内圈和用于固定榨条内圈的挤压笼固定板组成的装配体。它分为三段：进料端、主压缩段、挤出段。
螺杆轴挤压膛的体积是用压缩笼部分的内腔体积减去螺杆轴在挤压笼部分的体积。应用三维CAD软件创建螺旋挤压机构的三维实体模型，可快速准确地求出压缩比。先在装配体里新建零部件，以挤压笼的内腔多边形轮廓作为截面，对挤压笼内腔进行实体填充，并将挤压笼之间的空隙以螺杆所对应的腔体进行实体填充，然后运用布尔运算的求并集功能，将各部分的填充实体合并成一个实体，再运用布尔运算的求差集功能，将其与螺杆轴的交集部分切除掉，使用软件的测量分析功能计算出螺杆相对应的实体体积。压缩比，即前一级的螺杆对应的挤压膛体积和后一级的螺杆对应的挤压膛体积之比值。
2.2 油水分离装置
油水分离装置主要是根据水与油的比重差，使油粒子在经过一定时间的缓流和隔板的碰撞后浮于水面上。油水分离装置原理是：由过滤腔、油水分离腔和无油污水暂存腔组成，是采用斜板隔油技术构成的多级处理分离装置，不需任何动力和添加剂，可将含油废水中的混合油脂自动分离并集中到集油槽排放出去。当含油的废水进入分离器后，通过过滤网框去掉细小的固态颗粒。大的油粒子很快会浮于水面，微小油粒在流动的过程中，首先会粘附在隔板上，当油粒子碰聚到一定大的时候，依靠浮力浮于水面。油在水面越聚越多，当油层足够厚的时候就自动溢流到集油槽排放出去。集油槽的水位可根据现场情况适当地调整。
2.3压缩成型及干燥装置设计
经过挤压脱水的厨余垃圾掉入收集筒内，需要压缩成型再进行加热干燥。压缩成型装置采用螺旋升降机构，由蜗轮蜗杆、箱体、轴承、丝杠和螺母等零部件组成。工作原理为：电机驱动蜗杆旋转，蜗杆驱动蜗轮减速旋转，蜗轮内腔为内螺纹驱动丝杆旋转，丝杆顶端套上螺母，螺母固定在压缩头内，丝杆旋转压缩头可上下移动将物料压缩成型。干燥装置采用的是热电阻，安装在收集桶的下端，物料压缩成型后进行加热，去除水分，干燥的残渣短期内存储不会腐败。
2.4 控制系统设计
垃圾厨余机采用高性能、低功耗8位MCS-51单片机，选用89S51，6K字节的系统内可编程FLASH，通过JTAG接口实现对FLASH、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程，抗干扰能力强，工作电压2.7～5.5V。
3、设计样机模型
样机模型的原理是：厨余垃圾处理机物料由进料口投入到挤压脱水装置，过滤网对物料进行过滤后，污水流入下方的油水处理装置，分离出的油脂流入油收集桶，剩下的污水排出到下水管道。挤压脱水后的食物残渣落入收集桶，达到一定重量后，螺旋升降压缩装置的压缩头向下运行，将堆砌的食物残渣再压缩成块状，此时收集桶外壁上的加热器开始工作，加热块状残渣到100℃，水分蒸发后，自动停止加热，厨余垃圾处理完成。
结束语：
综上所述，设计一种适合我国国情的厨余垃圾预处理器，使居民在家中可以直接对厨房食物垃圾进行初步处理。处理后的食物垃圾成块状，短期内放置不会腐败产生异味，方便后续的收集再处理，可用于宠物、家禽的喂养，也可作为花草的肥料。这样就在源头上避免了食物垃圾造成的污染，同时实现了城市生活垃圾的减量化处理。
参考文献
[1]梁政.厨余垃圾处理技术及综合利用研究[J].中国资源综合利用，2014.
[2]汪慧.厨余垃圾的资源化技术[J].现代化工，2010.
[3]潘丽.餐厨垃圾特性的试验研究[J].粮油加工，2012.
论文作者:滕勇1,申鸿海2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/21
标签：垃圾论文; 食物论文; 螺杆论文; 装置论文; 处理器论文; 油水论文; 残渣论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;