无“圾”卫士
——一种可溯源的智能垃圾分类系统

文 | 贵州师范大学 祝 敏

无“圾”卫士——一种可溯源的智能垃圾分类系统，直击“垃圾难处理”的痛点，借助“物联网+”、大数据管理等技术，实现垃圾的信息溯源，提高垃圾分类效率；建立奖惩机制，调动住户主动、积极参与垃圾分类，最终实现垃圾的无害化、减量化、资源化处理，造福社会、造福人类。

1.垃圾分类处理现状

20世纪后，工业发展推动了社会经济的繁荣，但垃圾处理问题却成为困扰人们生活的一个重要难题。目前，全世界的垃圾生产量在不断增长，每年产生的垃圾超过100亿吨，相当于全世界粮食产量的6倍。中国是一个人口大国，也是一个垃圾产量大国。2019年全国生活垃圾清运量达到2.53亿吨，当前中国已超过美国，成为全球产生垃圾最多的国家。放眼全国的一线城市，无一例外的都面临着严峻的形式，垃圾处理能力远远跟不上垃圾的增长速度，成为困扰人们生活的一大公害。

目前，全球采用的垃圾处理方式主要有填埋，焚烧和堆肥，但处理成本高、风险高、资源浪费严重，这是不得已而为之的下策。要解决城市生活垃圾处理这个世界性难题，方向和出路在于垃圾的减量化、资源化和无害化处理，而要达到这“三化”目的，最好的方法首先就是进行有效的垃圾分类。

图1.1 2010-2020年我国生活垃圾清运量

图1.2 城市生活垃圾生产量

针对垃圾的分类，每个国家都出台自己的垃圾分类方法及相关的法规制度给与保障和支持。2000 年，我们国家确定了北京、上海、广州、深圳、杭州、南京、厦门、桂林等8个城市为垃圾分类收集试点城市。随后各地方相继出台了一系列标准和管理办法，开启了垃圾分类管理体系的建设。但城市的垃圾分类均未达到预期的效果。到2008年，试点城市垃圾分类率仍均低于20%，推进工作基本处在停滞阶段。2016年12月，提出“要普遍推行生活垃圾分类制度”，垃圾分类工作再次被提上日程。随后国家出台了一系列的法规，指导垃圾分类。2019年，全国地级及以上城市全面启动生活垃圾分类工作，到2020年底46个重点城市将基本建成垃圾分类处理系统，预计2025年底前全国地级及以上城市将基本建成垃圾分类处理系统。同时国家还出台了相应的一系列法规指导及制定垃圾处理的方案，对试点城市的要求从模式探索转向了体系建设，进一步规划了我国推动垃圾分类的发展方向。每个试点城市的垃圾分类工作做得如火如荼，但我们毕竟起步晚，分类的方法仍处于探索阶段，市民的参与度不高，使得垃圾的减量化及回收率仍未达到预期的效果。

纵观传统的垃圾分类方式，其后续的垃圾处理的路径和方向不够明朗，并没有根据垃圾的处理方式制定相应的分类方法，故其效率较低。另外，各个国家、各个城市也没有统一的标准，垃圾分类方法各异。无论人民办事、旅游或外出学习，一旦离开本地，到别的城市，就要重新学习垃圾分类方法。

本团队研发的系统旨在不改变居民的生活习惯，采用大数据管理平台，对认真进行垃圾分类的人给予奖励；对不认真分类的人，给与引导，用这样一种良性的循环方式，保证垃圾的分类的高效率。团队致力科技创新，利用新型技术，自主研发更智能的垃圾桶和垃圾回收装置等辅助设备，使垃圾分类变得更加简单和人性化，为垃圾后续的进一步回收循环利用创造更好的条件。

2.独创的垃圾分类方式

本项目根据收集垃圾后的处理方法，将日常产生的垃圾分为“易腐类”（以下用“F类”表示）、“易转类”（以下用“Z类”表示）和“易染易燃类”（以下用“R类”表示）。可以统称为“ZFR”分类法。这样的归类更加易懂，更加简单，处理的路径方向结果更加明确，一目了然。采用这样的分类方法，因为简单明了，容易得到更多的认可，有望达成统一。

“F类”，顾名思义，通过字面就很容易理解分类的类型。“F类”即易腐类，包含了“厨余”垃圾，但比“厨余”概念的外延更宽广。比如说，植物的叶或花，就应归入此类。也包含了有机质。但不是所有的“厨余”或有机质都可以归入此类。比如说，核桃壳，虽然是有机质，但因其不易腐而应归入“R类”。

“R类”是指易染、易燃类。将易染类和易燃类，归入一起，主要是这两者的处理归宿相同，都是送去焚烧，而且两者的读音正好相同。易染类包括小孩或动物的粪便、卫生用纸或餐巾纸处理人体口或鼻等的排泄物、洗漱间处理人体排泄物的卫生纸、卫生巾等，烟灰也归入此类，将这些垃圾单列是因为它们的污染性。易燃类包括一些利用价值较小的材料，如一些废弃的木料、布料等。而干净质量较好的衣物就应该归结到“Z类”。

“Z类”即易转化类，是指各种有转化价值的废弃物，包括纸类、塑料、玻璃、金属、电子垃圾、质量较好的衣物和部分危险废物等。

将所有可回收物归结到一起的原因是，它们之间不会相互污染，家庭或室内的粗分不需要分成多类，而且还节省垃圾袋。另外，通过字面意思有助于人们理解垃圾分类，通过字面就可以理解处理的路径方向和结果，从而判断出垃圾的种类。易腐类垃圾的结果是化，即腐化；易染易燃类垃圾的结果是烧，即燃烧；“易转类”垃圾的结果是变，即转变，转变成其他产品。在以上分类的基础上，利用自主研发的辅助设备作为辅助，形成技术壁垒，以上分类方法和辅助设施，项目团队目前均已获取专利。

本项目把抓好源头作为垃圾分类的重中之重，把精力和心思放在源头上。设计的垃圾分类系统，属世界首创，科学、简单、方便、体验感强，可以二十四小时任一时间投放垃圾，方便了群众，也提高了群众的支持率和参与度。源头上有了垃圾分类的设施，从源头上将40%左右的可回收物和50%左右的“厨余”垃圾，以及部分危险废物分离出来后，垃圾已所剩无几，能在这个问题上将垃圾分类的坚冰打破，就会豁然开朗，柳暗花明，从而逐步推进垃圾分类的减量化、资源化和无害化处理。

3.垃圾分类、投放、转运及管理流程

本项目的垃圾分类、投放、转运及管理流程如下：每个用户室内配备家用智能垃圾桶，方便人们随时分类投放垃圾。人们可以选择任意时间投放垃圾到小区垃圾回收点。室内垃圾装置已将其自动打包，居民将打包好的生活垃圾投放到小区的智能设施投放点，投放口投放垃圾时，居民通过人脸识别、刷卡或刷二维码，对已经认证的投放用户识别认可后，箱门自动打开。固定垃圾袋长盒的芯片记录该用户信息及其投放时间，用户投放垃圾完成后，将该用户投放的垃圾自动打包封装。按下按钮后或数秒后，投放口箱门自动关闭。同时，垃圾袋分别置于相应的计量板上，计量板自动计量存储，至此，居民的投放信息会自动上传至信息中心并反馈至用户终端。工作人员通过芯片显示用户投放信息，当智能垃圾分类设施显示收来的密封垃圾袋已满时，工作人员将垃圾袋分别导入不同的标准化装箱，联系通知三方的运输车，待发。运输工人可以通过端口查看某点的垃圾装箱数据确定运输时机，将各类垃圾分别送到相应工厂并与之对接用户的垃圾处理信息——F类“易腐”垃圾和Z类“易转”垃圾送去相应加工回收点，R类“易染易燃”垃圾送去垃圾发电厂焚烧发电。垃圾处理结束后，将处理结果这一信息反馈给用户。

图3.1 垃圾分类系统整体解决方案

上述处理的是指日常垃圾。对于大件垃圾、易损类垃圾，以及部分智能垃圾投放设施不便投放的垃圾，这些垃圾属低频投放垃圾，按照规定时间直接送二次分拣点。

4.先进的智能化的垃圾投放设备

（1）居民室内垃圾分类投放

每个用户室内配备有三个箱体的立体组合式垃圾桶，方便人们分类投放垃圾。图4.1为家庭垃圾分类封装设施，具有声控、自动识别垃圾袋颜色、自动封装、满溢警告、口袋短缺警告等实用型功能。居民在家里通过喊话就可以把垃圾桶招到身边，通过内置芯片判断居民要投放的垃圾类型，自动打开盖板，垃圾装满自动封装，并打上与居民身份信息相联的条形码，若机器内部的垃圾已满则会自动报警提醒居民及时装垃圾袋。

图4.1 家庭垃圾分类封装设施

（2）计量分类机构

社区垃圾智能投放设施内置计量分类机构如图4.2，具有自动计量，分类运输的智能反馈机构。垃圾通过投放口投放，内部的识别反馈系统得到的数据随即反馈到智能终端进行整合、分析居民日常生活习惯，以便后续对用户投放针对性广告等商业活动。

图4.2 计量分类机构

（3）居民小区垃圾投放设备

当居民把垃圾投放到小区的智能垃圾投放装置后，会读取条形码，电脑自动储存信息，锁定此垃圾的投放人信息，垃圾运到垃圾回收处理点后，工作人员检查看居民垃圾是否符合分类要求的，信息会自动回馈给用户，给与相关的奖惩。这种垃圾追踪溯源的模式，能更好的激励居民实行从家里就开始垃圾的分类投放。

下图为社区垃圾智能投放设施，具有人脸识别、指纹识别、自动扫描识别打码等技术、并内置由自动分类、计量等后续处理装置。居民可通过手机app或者微信公众号小程序，预约投放垃圾。或者通过人脸识别，指纹识别投放垃圾。设施有镜子和洗手池，居民扔完可以免费清洗。设施内部有自动喷码装置，通过与居民的门牌号与人脸和垃圾袋三方绑定，生成一串有“身份号码”的字符，进行自动称量。待垃圾通过自动分类机构，通过颜色识别把垃圾分门别类流到不同的垃圾运输车等待下一步开包检测。

图4.3 社区垃圾智能投放设施

5.巨大的经济效益维持项目的良性循环

（1）垃圾围城里的企业“富矿”。

餐厨垃圾可转化成多种高附加值产品，资源化处置的节能减排效果十分明显。以一家日处理200 吨的餐厨垃圾处理厂为例，其一年可生产生物柴油 3600吨，利用沼气发电1314万千瓦时；这相当于年节约4599吨标准煤，削减1.3万吨碳排放。北京工商大学的任连海在环卫科技网发文认为：我国城镇人口人均每天产生餐厨垃圾0.15kg，全国每年4000多万吨。餐厨废油产量约为垃圾量的10%，即400多万吨。随着人口的迅速增长和生活水平的提高，餐饮业零售额平均每年以12%的速度增长，这些餐饮单位产生的餐厨垃圾也不断增加。由于餐厨垃圾产生量大面广，资源利用市场前景广阔，特别是近几年餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点城市项目的推进，已形成良好的行业氛围。餐厨垃圾处理行业潜在的环境价值是巨大的。它可以解决相互关联的若干问题：土壤问题，如解决土壤有机质缺失、沙漠化；粮食问题，我国有近40%的粮食用于生产饲料；生物质能源问题；食品安全问题。可见不管从国家和企业层面，对“厨余”垃圾的回收处理都是一个利国利民的好事，必然也会催生巨大的经济效益。

（2）可观的循环经济效益

大量未经分类就填埋或焚烧垃圾，既是对资源的巨大浪费，又会产生二次污染。低廉的资源成本循环利用，不仅带来生活环境清洁与舒适的社会效益，还能创造可观的再就业机会，实现较好的盈利。据美国新兴预测委员会和日本科技厅等有关专家的预测，未来10年内，全球在能源、环境、农业、医药等领域将出现10大新兴技术，其中有关垃圾处理的新兴技术被排在第二位。垃圾处理产业将成为21世纪新的经济增长点。

在垃圾成分中，金属、纸类、塑料、玻璃被视为可直接回收利用的资源，占垃圾总量的42.9%，可直接回收利用率应不低于33%。现在，全国城市每年因垃圾造成的损失约近300亿元，而将其综合利用却能创造2500亿元的效益。

（3）大数据“黄金”流量

由于居民的手机与垃圾投放相联，手机的垃圾投放APP平台，可以得到巨大的经济流量效益，无论是垃圾处理运营商自己运营或是打包卖出，都可以为整个垃圾分类处理回收运营提供良好的经济保障。手机APP平台界面如图5.1所示。

图5.1 手机APP程序界面

6.结语

随着工业的不断发展，地球人口的不断膨胀，垃圾的数量急剧增加，类型也层出不穷，垃圾的分类和回收处理任重道远，任何一种垃圾处理方式都不可能尽善尽美。我们更期待人类自身环保意识的加强，能尽量减少垃圾的制造和排放，这才是真正的减少垃圾的关键所在！