食物垃圾粉碎机的设计与仿真设计

食物垃圾粉碎机的设计与仿真设计1 引言近几年，我国经济[1]发展迅速，GDP每年都以一个稳定的数字增长着，这样伴随的就是人们生活水平质量的提高，可是问题也来了，就是生活垃圾[2]的迅速增长。

截至到2011年，我国有647个城市的生活垃圾总量约为1.64亿吨，而且这个数字也会在接下来几年迅速的增长着。

据不完全统计，我国已经大约有2/3的城市因为堆积如山的垃圾而被包围了，这些垃圾严重的影响了人们的日常生活秩序，特别是在夏天，你走在小区路上，就会闻到一股臭气熏天的刺鼻的味道。

由于城市生活垃圾量[3]的疯狂堆集，已经有许多填埋场不能用了，同时这样也占用了土地，不能建造其他东西，这种现象也导致了城市与垃圾的矛盾更加激烈，所以你可能会看到原本一些偏远的垃圾填埋场[4]已经不知不觉的进入了城市的视野中，甚至有些小区就建在垃圾填埋场旁边。

许多城市都在承受垃圾污染对人们的危害，中国本来就是一个缺水的国家，全国共有2/3的城市处于缺水[5]状态中，但在垃圾填埋场中，会有重金属以及一些容易腐烂的垃圾所产生的病原微生物渗透到地下中，这样会严重的破坏当地的水源。

1.1 厨余垃圾特征及危害1.1.1 厨余垃圾的特征厨余垃圾是指在食物加工和饮食过程中所产生的易腐化、易降解的微生物。

其[6]中包括果皮纸屑、剩菜剩饭等。

食物垃圾的聚集地大部分来自菜场、厨房和餐饮店垃圾。

（1）厨余垃圾的热值热值又被称为热量，热值定义为完全燃烧1Kg的垃圾产生的能量，而热值是我们来衡量一类垃圾是否有价值的评判标准，热值高，证明它的价值高，热值低，则认为其燃烧价值不大。

现在家庭厨房里的厨余垃圾的水含量[7]较高，经测试测出来1Kg垃圾的热量[8]在2000-3000KJ/kg上下，这范围热量的厨余垃圾需要添加助燃剂来燃烧；而一般热量在3360KJ/kg及其以上时，就没必要去添加助燃剂了；而当厨余垃圾的热量超过4200KJ/kg时，由于其大量的热量，可以用余热来发电。

厨余垃圾燃烧的时候，要时刻观察温度表，温度一高可产生烟雾、灰尘、有毒气体等有害人体健康的致癌物质。

（2）营养物质丰富[9]，可统一管理厨余垃圾中的营养物质很多，比如在干物料的厨余垃圾中，脂肪约占30%，1克脂肪完全氧化时能放出约36750J的热量，比糖分子多一倍以上；厨余垃圾中蛋白质约占25%；有实验验证，结果显示脂肪的人体消化率约为89.3%，蛋白质的人体消化率为90.6%，消化率与正规饲料的差不多，也是一种环保的绿色原料。

1.1.2 厨余垃圾的危害[10]现在厨余垃圾中都含有水分，这些垃圾很容易腐烂，一旦温度升高，会产生臭味，难闻刺鼻，与此同时，这些气味还会招来蟑螂、苍蝇、蚂蚁，是厨房乌烟瘴气，特别容易染病。

而且用垃圾堆集容器和车辆托运，容易造成二次污染，你在城市中很容易见到一辆垃圾托运车开车，同时车尾一直在流出垃圾水。

现在在一些城市小区和餐馆中，人们随意的将垃圾倒在路边、河流中，这样的做法及其恶劣的影响市容，更深层次的，由于现在厨余垃圾中会带有重金属成分和细菌，有些牟取利润的人把厨房垃圾当作饲料给牲畜喂食，从而导致人们的身体受到危害，近几年传出为了牟取暴利，商贩们用地沟油加工出来的油拿到正规超市销售，危害了社会。

1.2 我国食物垃圾处理的方法1.2.1 卫生填埋[11]卫生填埋是指把城市中的垃圾集中车运到郊外的填埋场进行填埋。

在我们国家，这种技术被大范围应用，因为填埋的技术简单、成本价格低等特点。

但是随着填埋技术的实验应用，问题出现了—“二次污染”。

填埋场的使用过程中必然会产生渗滤液[12]和填埋气体，这种潜在的危害时时刻刻威胁着环境。

如若不重视处理，在接下来的几十年、上百年，污染将会给大气、水源、土壤造成不可修复的危害。

比如美国的腊笑河公害事件，就是填埋场二次污染引起的。

渗滤液也是一大危害，由垃圾发酵、雨水淋刷和地下滤出来的污水所产生。

渗滤液成分较为复杂，由多种非氯化类、酚类化合物和苯胺类化合物组成，它们对地下水[13]的影响长期存在，使水浑浊、有臭味、COD、油、酚等污染。

1983年夏季，贵阳一地区流行痢疾，原因就是地下水被渗滤液污染所致。

还有就是景观污染了，许多城市在选新填埋场时由于村民的反对遇到阻力，引起社会激烈的辩论。

相信在今后的时间内填埋场由于种种问题会逐步退出历史。

1.2.2 堆肥[14]堆肥也是一种垃圾处理的方法，主要针对于食物垃圾。

在我国，厌氧堆肥是主要的堆肥方式，大约20天左右翻积一次，过三个月左右就可以将堆肥入农田里使用。

但是我国的垃圾是属于混合堆积的，其中含有少量的重金属，比如Pb、Hg、Cd等，它们会在水的作用下渗透到有机肥中，这样种出来的食物必定会超标，进一步危害了人体健康。

如果无法对重金属进行控制，堆肥使用需谨慎。

另外由于化肥的广泛应用，使得堆肥难以大规模推广。

1.2.3 焚烧[15]在高温下燃烧垃圾，将其焚烧处理后，可以减少大量的固体，垃圾也能够减量化，减少90%左右，重量减轻80%～85%，土地占有率也减少了，焚烧处理可以使垃圾体积[16]，其燃烧产生的余热还能用于发电供热。

但是缺点也很明显，焚烧会产生烟尘污染[17]需要投入大量的资金来处理。

现在我国很多大城市都设有垃圾焚烧发电厂，按照规定，现在的垃圾焚烧厂规模至少是焚烧600吨/天，这样的厂子每个需要投资大约在5到6个亿，对于中小型城市压力有点大。

而且，我国的含水率高我国的垃圾结构也[18]，不太适合焚烧。

我国的垃圾成分中含水率较高，预计现在已经突破65%了，因为其较高的含水量，降低了垃圾的热值，导致焚烧的难度增大。

而在垃圾分组中，属厨余垃圾含水率为最，因而，影响垃圾焚烧效果最主要的因素是厨余垃圾。

由于投入的资金较高、含水率较高的原因，使焚烧处理方式不能大规模推广。

1.2.4 用作牲畜饲料[19]现在厨余垃圾中富含大量有机物，在我国长久以来，有在家里饲养牲畜的农民会到饭店里收集泔水，在未经过任何处理的情况下直接喂养给牲畜，这样严重的影响人们的身体[20]健康。

所以，在一些大型城市先后强制运用此类方式喂养牲畜。

由此可见，因为厨房食物垃圾固有的性质以及违反大自然定律的处理方式，给人民的心身造成损害，同时也白白浪费了资源，所以当务之急是寻找合适的食物垃圾处理方法[21]。

1.3 食物垃圾粉碎机的发展及应用现状1926年，在美国的设计师兼发明家John W Hammes发明设计了世界上第一台食物垃圾粉碎机，因为他有一次看见自己的妻子打扫厨房时很麻烦很累，为了照顾她，他发明了这个粉碎机，后来经过不断的设计和改进，Hammes开始批量生产来销售他的食物垃圾粉碎机，这就是他创立的爱适易公司[22]，从时至今，爱适易公司保持着食物垃圾粉碎机的龙头位置。

1999年纽约市的政府联合美国多个国家部门进行了三年的调查，对关于食物粉碎机对环境[23]和水电量消耗的影响进行了评估，结果表明大规模的安装食物垃圾粉碎机[24]不会对环境造成负面影响，同时总体上还为美国政府省了一大笔开支。

这其实是很重要的，如果一个东西发明出来不能解决问题，那还花那么多时间和精力干嘛呢。

到了21世纪初，食物垃圾粉碎机进入了中国，那时候对其的使用率还不是很高，像北京、上海、广州的使用率都不超过 4.5%，但是每年都在增长。

目前为止，全世界范围内对食物垃圾的处理方式有差异。

在美国，厨房垃圾是美国第二大垃圾来源，但是占的比重很小，只有14%，这是因为美国家庭厨房使用食物垃圾粉碎机的结果。

迄今80%的美国新建住宅都安装有食物垃圾粉碎机。

而在日本，政府在积极鼓励和补助厨房垃圾处理技术的发展[25]，充分利用资源，最大化的减少垃圾对环境的污染，此举已经得到很多公司和居民的推广和应用，日本的食物垃圾粉碎机也是连接到水槽下方，然后自动将垃圾粉碎，再用热空气将其烘干成粉末，这样不仅垃圾的体积变得很小很小，而且只要稍加加工，废物就能变成有机肥料，这样就形成了资源再利用[26]的完美循环。

至今为止，美国食物垃圾粉碎机的使用率高达95%，其他国家像德国、日本、法国、英国都在逐步使用食物垃圾粉碎机。

在食物垃圾粉碎机第一次进入中国的时候，美国的爱适易电气公司、格莱达电器公司、通用电器公司等几乎垄断了中国市场，那时候由于技术和人才原因，我国自主研究[27]的垃圾粉碎机能力很弱。

现在食物垃圾处理器的牌子有很多，有清道夫家庭垃圾处理器，勃汉姆食物垃圾处理器，爱适易垃圾处理器，九次方垃圾粉碎机等等。

这里面已经有了中国企业的面孔，但是现在的食物垃圾粉碎机价格很高，一般百姓难以承受，像美国爱适易M55+食物垃圾处理器的价格为1799，有些垃圾处理器则更贵，这也为在中国推广食物垃圾粉碎机造成了很大的障碍。

1.4 课题目的和研究意义1.4.1 课题目的机，居民可以在家中对食物垃圾进行初步处理，然后通过下水道排走，这种方法就能预先避免厨房食物垃圾造成的危害，还能保证减量化的目的。

1.4.2 研究的意义国外对食物垃圾粉碎机的成功应验，为我们开辟了一条全新的道路。

而且，预先处理厨房食物垃圾有很多优点。

1、减少垃圾数量，提高环境质量现在，国家针对生活垃圾，采取的处理原则是减量化、无害化和资源化[28]。

减量化是重中之重。

食物垃圾粉碎机对食物预先处理，直接达到减量化的目的，给人一个健康、整洁的居家环境。

2、便于食物垃圾的再处理由于食物垃圾的含水率很高，不利于其焚烧，不得不借助辅助燃料[29]来焚烧垃圾，一方面增加垃圾成本，另外也造成了浪费。

而食物垃圾粉碎机的加入可以大大的提高食物垃圾的焚烧热值和渗漏问题。

3、经济、社会效益显著现在因为缺乏科学管理和资金支持，卫生填埋、焚烧、堆肥的效益都很小，相反环境正在进一步恶化，人们的身体也遭受痛苦。

而研制一款面向家庭、个体单位的食物垃圾粉碎机是必然的，它具有体积小，成本低，耐用的特点，相信可以被人们接受。

而且政府可以实行鼓励政策、宣传引导，让人们更加注重环境问题[30]，调动整个城市的力量来保护环境。

2 食物垃圾粉碎机的设计2.1 食物垃圾粉碎机的可行性分析2.1.1 经济层面分析下面的分析只计算直接成本和收益，取静态值。

1、处理厨余垃圾的成本估算测算得知，一个家庭每处理一次粉碎机的循环操作需要耗0.02度电，总耗水量5-8升，可以粉碎垃圾量0.5公斤。

如果不出现特殊情况，食物垃圾粉碎机可以使用大概在15-20年左右，差不多是用了16000次，假设粉碎机的价格以1500元/台计算，使用的折旧费为每次0.1元。

所以处理1吨垃圾费用为：（1000公斤/0.5公斤）×（0.02度×0.7元/度+0.005方×1.5元/方+0.25元）=294元，另外增加的污水管网沙井清理量的费用和逐步调整污水处理工艺所引发的成本，因无法核算未计入。