無“圾”衛士
——一種可溯源的智能垃圾分類系統

文 | 貴州師范大學 祝 敏

無“圾”衛士——一種可溯源的智能垃圾分類系統，直擊“垃圾難處理”的痛點，借助“物聯網+”、大數據管理等技術，實現垃圾的信息溯源，提高垃圾分類效率；建立獎懲機制，調動住戶主動、積極參與垃圾分類，最終實現垃圾的無害化、減量化、資源化處理，造福社會、造福人類。

1.垃圾分類處理現狀

20世紀后，工業發展推動了社會經濟的繁榮，但垃圾處理問題卻成為困擾人們生活的一個重要難題。目前，全世界的垃圾生產量在不斷增長，每年產生的垃圾超過100億噸，相當于全世界糧食產量的6倍。中國是一個人口大國，也是一個垃圾產量大國。2019年全國生活垃圾清運量達到2.53億噸，當前中國已超過美國，成為全球產生垃圾最多的國家。放眼全國的一線城市，無一例外的都面臨著嚴峻的形式，垃圾處理能力遠遠跟不上垃圾的增長速度，成為困擾人們生活的一大公害。

目前，全球采用的垃圾處理方式主要有填埋，焚燒和堆肥，但處理成本高、風險高、資源浪費嚴重，這是不得已而為之的下策。要解決城市生活垃圾處理這個世界性難題，方向和出路在于垃圾的減量化、資源化和無害化處理，而要達到這“三化”目的，最好的方法首先就是進行有效的垃圾分類。

圖1.1 2010-2020年我國生活垃圾清運量

圖1.2 城市生活垃圾生產量

針對垃圾的分類，每個國家都出臺自己的垃圾分類方法及相關的法規制度給與保障和支持。2000 年，我們國家確定了北京、上海、廣州、深圳、杭州、南京、廈門、桂林等8個城市為垃圾分類收集試點城市。隨后各地方相繼出臺了一系列標準和管理辦法，開啟了垃圾分類管理體系的建設。但城市的垃圾分類均未達到預期的效果。到2008年，試點城市垃圾分類率仍均低于20%，推進工作基本處在停滯階段。2016年12月，提出“要普遍推行生活垃圾分類制度”，垃圾分類工作再次被提上日程。隨后國家出臺了一系列的法規，指導垃圾分類。2019年，全國地級及以上城市全面啟動生活垃圾分類工作，到2020年底46個重點城市將基本建成垃圾分類處理系統，預計2025年底前全國地級及以上城市將基本建成垃圾分類處理系統。同時國家還出臺了相應的一系列法規指導及制定垃圾處理的方案，對試點城市的要求從模式探索轉向了體系建設，進一步規劃了我國推動垃圾分類的發展方向。每個試點城市的垃圾分類工作做得如火如荼，但我們畢竟起步晚，分類的方法仍處于探索階段，市民的參與度不高，使得垃圾的減量化及回收率仍未達到預期的效果。

縱觀傳統的垃圾分類方式，其后續的垃圾處理的路徑和方向不夠明朗，并沒有根據垃圾的處理方式制定相應的分類方法，故其效率較低。另外，各個國家、各個城市也沒有統一的標準，垃圾分類方法各異。無論人民辦事、旅游或外出學習，一旦離開本地，到別的城市，就要重新學習垃圾分類方法。

本團隊研發的系統旨在不改變居民的生活習慣，采用大數據管理平臺，對認真進行垃圾分類的人給予獎勵；對不認真分類的人，給與引導，用這樣一種良性的循環方式，保證垃圾的分類的高效率。團隊致力科技創新，利用新型技術，自主研發更智能的垃圾桶和垃圾回收裝置等輔助設備，使垃圾分類變得更加簡單和人性化，為垃圾后續的進一步回收循環利用創造更好的條件。

2.獨創的垃圾分類方式

本項目根據收集垃圾后的處理方法，將日常產生的垃圾分為“易腐類”（以下用“F類”表示）、“易轉類”（以下用“Z類”表示）和“易染易燃類”（以下用“R類”表示）。可以統稱為“ZFR”分類法。這樣的歸類更加易懂，更加簡單，處理的路徑方向結果更加明確，一目了然。采用這樣的分類方法，因為簡單明了，容易得到更多的認可，有望達成統一。

“F類”，顧名思義，通過字面就很容易理解分類的類型。“F類”即易腐類，包含了“廚余”垃圾，但比“廚余”概念的外延更寬廣。比如說，植物的葉或花，就應歸入此類。也包含了有機質。但不是所有的“廚余”或有機質都可以歸入此類。比如說，核桃殼，雖然是有機質，但因其不易腐而應歸入“R類”。

“R類”是指易染、易燃類。將易染類和易燃類，歸入一起，主要是這兩者的處理歸宿相同，都是送去焚燒，而且兩者的讀音正好相同。易染類包括小孩或動物的糞便、衛生用紙或餐巾紙處理人體口或鼻等的排泄物、洗漱間處理人體排泄物的衛生紙、衛生巾等，煙灰也歸入此類，將這些垃圾單列是因為它們的污染性。易燃類包括一些利用價值較小的材料，如一些廢棄的木料、布料等。而干凈質量較好的衣物就應該歸結到“Z類”。

“Z類”即易轉化類，是指各種有轉化價值的廢棄物，包括紙類、塑料、玻璃、金屬、電子垃圾、質量較好的衣物和部分危險廢物等。

將所有可回收物歸結到一起的原因是，它們之間不會相互污染，家庭或室內的粗分不需要分成多類，而且還節省垃圾袋。另外，通過字面意思有助于人們理解垃圾分類，通過字面就可以理解處理的路徑方向和結果，從而判斷出垃圾的種類。易腐類垃圾的結果是化，即腐化；易染易燃類垃圾的結果是燒，即燃燒；“易轉類”垃圾的結果是變，即轉變，轉變成其他產品。在以上分類的基礎上，利用自主研發的輔助設備作為輔助，形成技術壁壘，以上分類方法和輔助設施，項目團隊目前均已獲取專利。

本項目把抓好源頭作為垃圾分類的重中之重，把精力和心思放在源頭上。設計的垃圾分類系統，屬世界首創，科學、簡單、方便、體驗感強，可以二十四小時任一時間投放垃圾，方便了群眾，也提高了群眾的支持率和參與度。源頭上有了垃圾分類的設施，從源頭上將40%左右的可回收物和50%左右的“廚余”垃圾，以及部分危險廢物分離出來后，垃圾已所剩無幾，能在這個問題上將垃圾分類的堅冰打破，就會豁然開朗，柳暗花明，從而逐步推進垃圾分類的減量化、資源化和無害化處理。

3.垃圾分類、投放、轉運及管理流程

本項目的垃圾分類、投放、轉運及管理流程如下：每個用戶室內配備家用智能垃圾桶，方便人們隨時分類投放垃圾。人們可以選擇任意時間投放垃圾到小區垃圾回收點。室內垃圾裝置已將其自動打包，居民將打包好的生活垃圾投放到小區的智能設施投放點，投放口投放垃圾時，居民通過人臉識別、刷卡或刷二維碼，對已經認證的投放用戶識別認可后，箱門自動打開。固定垃圾袋長盒的芯片記錄該用戶信息及其投放時間，用戶投放垃圾完成后，將該用戶投放的垃圾自動打包封裝。按下按鈕后或數秒后，投放口箱門自動關閉。同時，垃圾袋分別置于相應的計量板上，計量板自動計量存儲，至此，居民的投放信息會自動上傳至信息中心并反饋至用戶終端。工作人員通過芯片顯示用戶投放信息，當智能垃圾分類設施顯示收來的密封垃圾袋已滿時，工作人員將垃圾袋分別導入不同的標準化裝箱，聯系通知三方的運輸車，待發。運輸工人可以通過端口查看某點的垃圾裝箱數據確定運輸時機，將各類垃圾分別送到相應工廠并與之對接用戶的垃圾處理信息——F類“易腐”垃圾和Z類“易轉”垃圾送去相應加工回收點，R類“易染易燃”垃圾送去垃圾發電廠焚燒發電。垃圾處理結束后，將處理結果這一信息反饋給用戶。

圖3.1 垃圾分類系統整體解決方案

上述處理的是指日常垃圾。對于大件垃圾、易損類垃圾，以及部分智能垃圾投放設施不便投放的垃圾，這些垃圾屬低頻投放垃圾，按照規定時間直接送二次分揀點。

4.先進的智能化的垃圾投放設備

（1）居民室內垃圾分類投放

每個用戶室內配備有三個箱體的立體組合式垃圾桶，方便人們分類投放垃圾。圖4.1為家庭垃圾分類封裝設施，具有聲控、自動識別垃圾袋顏色、自動封裝、滿溢警告、口袋短缺警告等實用型功能。居民在家里通過喊話就可以把垃圾桶招到身邊，通過內置芯片判斷居民要投放的垃圾類型，自動打開蓋板，垃圾裝滿自動封裝，并打上與居民身份信息相聯的條形碼，若機器內部的垃圾已滿則會自動報警提醒居民及時裝垃圾袋。

圖4.1 家庭垃圾分類封裝設施

（2）計量分類機構

社區垃圾智能投放設施內置計量分類機構如圖4.2，具有自動計量，分類運輸的智能反饋機構。垃圾通過投放口投放，內部的識別反饋系統得到的數據隨即反饋到智能終端進行整合、分析居民日常生活習慣，以便后續對用戶投放針對性廣告等商業活動。

圖4.2 計量分類機構

（3）居民小區垃圾投放設備

當居民把垃圾投放到小區的智能垃圾投放裝置后，會讀取條形碼，電腦自動儲存信息，鎖定此垃圾的投放人信息，垃圾運到垃圾回收處理點后，工作人員檢查看居民垃圾是否符合分類要求的，信息會自動回饋給用戶，給與相關的獎懲。這種垃圾追蹤溯源的模式，能更好的激勵居民實行從家里就開始垃圾的分類投放。

下圖為社區垃圾智能投放設施，具有人臉識別、指紋識別、自動掃描識別打碼等技術、并內置由自動分類、計量等后續處理裝置。居民可通過手機app或者微信公眾號小程序，預約投放垃圾。或者通過人臉識別，指紋識別投放垃圾。設施有鏡子和洗手池，居民扔完可以免費清洗。設施內部有自動噴碼裝置，通過與居民的門牌號與人臉和垃圾袋三方綁定，生成一串有“身份號碼”的字符，進行自動稱量。待垃圾通過自動分類機構，通過顏色識別把垃圾分門別類流到不同的垃圾運輸車等待下一步開包檢測。

圖4.3 社區垃圾智能投放設施

5.巨大的經濟效益維持項目的良性循環

（1）垃圾圍城里的企業“富礦”。

餐廚垃圾可轉化成多種高附加值產品，資源化處置的節能減排效果十分明顯。以一家日處理200 噸的餐廚垃圾處理廠為例，其一年可生產生物柴油 3600噸，利用沼氣發電1314萬千瓦時；這相當于年節約4599噸標準煤，削減1.3萬噸碳排放。北京工商大學的任連海在環衛科技網發文認為：我國城鎮人口人均每天產生餐廚垃圾0.15kg，全國每年4000多萬噸。餐廚廢油產量約為垃圾量的10%，即400多萬噸。隨著人口的迅速增長和生活水平的提高，餐飲業零售額平均每年以12%的速度增長，這些餐飲單位產生的餐廚垃圾也不斷增加。由于餐廚垃圾產生量大面廣，資源利用市場前景廣闊，特別是近幾年餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點城市項目的推進，已形成良好的行業氛圍。餐廚垃圾處理行業潛在的環境價值是巨大的。它可以解決相互關聯的若干問題：土壤問題，如解決土壤有機質缺失、沙漠化；糧食問題，我國有近40%的糧食用于生產飼料；生物質能源問題；食品安全問題。可見不管從國家和企業層面，對“廚余”垃圾的回收處理都是一個利國利民的好事，必然也會催生巨大的經濟效益。

（2）可觀的循環經濟效益

大量未經分類就填埋或焚燒垃圾，既是對資源的巨大浪費，又會產生二次污染。低廉的資源成本循環利用，不僅帶來生活環境清潔與舒適的社會效益，還能創造可觀的再就業機會，實現較好的盈利。據美國新興預測委員會和日本科技廳等有關專家的預測，未來10年內，全球在能源、環境、農業、醫藥等領域將出現10大新興技術，其中有關垃圾處理的新興技術被排在第二位。垃圾處理產業將成為21世紀新的經濟增長點。

在垃圾成分中，金屬、紙類、塑料、玻璃被視為可直接回收利用的資源，占垃圾總量的42.9%，可直接回收利用率應不低于33%。現在，全國城市每年因垃圾造成的損失約近300億元，而將其綜合利用卻能創造2500億元的效益。

（3）大數據“黃金”流量

由于居民的手機與垃圾投放相聯，手機的垃圾投放APP平臺，可以得到巨大的經濟流量效益，無論是垃圾處理運營商自己運營或是打包賣出，都可以為整個垃圾分類處理回收運營提供良好的經濟保障。手機APP平臺界面如圖5.1所示。

圖5.1 手機APP程序界面

6.結語

隨著工業的不斷發展，地球人口的不斷膨脹，垃圾的數量急劇增加，類型也層出不窮，垃圾的分類和回收處理任重道遠，任何一種垃圾處理方式都不可能盡善盡美。我們更期待人類自身環保意識的加強，能盡量減少垃圾的制造和排放，這才是真正的減少垃圾的關鍵所在！