王亚琴，凌浩南，孙佳程，吴逸凡

(南京理工大学紫金学院，江苏 南京210046)

为引导废电池环境管理和处理处置、资源再生技术的发展，规范废电池处理处置和资源再生行为，防止环境污染，促进社会和经济的可持续发展，2003年我国发布《废电池污染防治技术政策》[1]，该政策中提出了废电池污染防治可采取的技术路线、原则和方法，包括废电池收集、运输、贮存、资源再生和处理处置过程的污染防治技术等内容。随着国家对环境保护、资源再生利用的各项政策法规的出台，电池的回收处理及再生利用引起了国内外学者的重视。而干电池作为日常生活的必需品，一方面其主要成分中含有电解液、重金属等化学成分，若随意丢弃，对环境仍然会有一定的污染；另一方面，其含有丰富的金属资源，如锰、锌等，是宝贵的金属资源，如能进行提炼再次回收利用，可减少原生金属的开采量，对其高效的利用。因此，对干电池的高效利用及有效回收对于环境保护、社会可持续发展有着重要的意义。

1 干电池回收现状

目前干电池的回收主要通过两种途径：一是用户自行投入干电池回收箱；二是通过政府与企业合作，进行人工有偿回收。

对于第一种途径，用户进行投递的渠道较为广泛，干电池回收箱分布点较多。常见的干电池回收箱主要分两类：独立式干电池回收箱、组合式干电池回收箱，如图1，图2所示。独立式干电池箱为用于回收干电池的独立箱体，组合式干电池回收箱将干电池回收与其他垃圾分类箱进行组合，是整体垃圾箱的一小部分，常见于街道、公园及小区路边等区域。无论是独立式还是组合式的结构，其均为简单的箱体结构，功能较为单一。根据社会调查发现，现有电池回收箱利用率不高，且无专人管理，干电池回收完全需要靠人们的环境保护和资源保护意识，且目前效果不佳。

图1 独立式干电池回收箱

图2 组合式干电池回收箱

第二种途径的形式通常为定期设置可回收垃圾回收点，可实现对废旧电池的有偿回收。国外如英国、日本等国家也会采取类似的措施，通过企业与政府的合作，来提高废旧电池的回收率[2]。在我国，武汉、大连、厦门、上海、南京等城市也开展了废旧电池的有偿回收工作，有偿回收标准通常为每个电池回收价值大约在0.05元-0.1元，或兑换同等价值的其他物品。该途径形式多样，群众参与度高，因采取有偿回收，在一定程度上提高了废旧干电池的回收率。但该形式需要消耗一定的物力人力，且由于只能定期开展，时间上不够灵活，不能满足所有用户的时间需求。

2 干电池回收箱的功能设计

根据现有废旧干电池回收存在的问题，一些学者、企业科技人员等对电池回收箱的结构、功能等进行了设计。西南交通大学许朋[3]在城市公交车投币装置的基础上，设计了公交车废旧电池回收装置，通过废旧干电池抵价公交车票的方式促进回收。燕山大学王航[4]基于嵌入式机器视觉识别系统，实现废旧干电池的分类回收及积分奖励。另有学者提出以旧换新的废旧电池回收制度，回收箱装置可通过视觉识别模块对废旧干电池型号进行识别，并弹出相同型号的新电池。对于废旧干电池回收箱的专利方面，主要集中于废旧电池回收预处理装置的结构设计，对于可实现分类及有偿回收的专利较少[5-8]。

针对目前的废旧干电池的使用及研究现状，对现有电池回收箱的功能进行设计，使其具有以下功能：(1)能够实现废旧电池的分类及有偿回收；(2)能够实现干电池的电量测量；(3)可实现小电量电池的共享；(4)带有屏幕显示功能。

功能(1)可通过机械筛选机构或视觉识别系统，根据不同型号电池的尺寸大小进行筛选分类，一方面方便后期的回收处理，另一方面可在分类的同时对不同型号干电池进行奖励积分，用户可通过互联网进行线上积分兑换，相对线下有偿回收更为灵活方便。功能(2)通过增加干电池电量测试模块，可实现常见类型家用干电池的电量测量。在家庭使用电池时，有时会出现不知道电池具体电量的情况，如果进行混用或丢弃，将不能最大限度地利用，从而造成能源的浪费。该功能一方面可以进行电量测量，并根据电量结果推荐用户可使用的场合，充分利用每一节电池；另一方面通过该功能，吸引用户，可以提高废旧电池箱的使用率。功能(3)针对拥有较多小电量电池用户，提供一个可共享的平台。生活中，对于部分用户，由于特殊的原因，如家中有儿童，电动玩具使用电池量较多，后期会有数量较多的小电量电池，这些电池可继续用在遥控器或钟表等物品上，用户可通过该功能共享这些电池，实现资源的共享利用。功能(4)屏幕显示功能，可对功能(1)及功能(2)所需反馈的信息进行显示，同时可显示其他相关信息。

3 干电池电量推荐及回收奖励制度的设计

3.1 电量使用场合实验分析

为对用户进行合理的电池电量使用推荐，对不同电量电池进行了三次试验分析。对0-1.5V不同电压的干电池进行不同使用设备的试验，如表1、表2所示。

表1 高能耗设备需求电量图

表2 低能耗设备需求电量图

通过多次实验比较可得，针对于玩具车、收音机这类电量需求较高的设备，必须要1.2V及以上的电压量才能够使设备良好运行。而针对于家用挂钟、闹钟则需要1.0V及其以上电压才能够使设备良好运行。当低于1.0V时则设备难以运行。而针对于遥控器等低电量设备，电压在0.8V以上时，设备依然可以良好运转，没有什么不良现象。由以上实验对于常规1.5V干电池，做出以下电量分类使用推荐，如图3所示。

图3 不等电量干电池使用推荐

3.2 回收奖励制度的建立

为鼓励用户进行废旧干电池的回收，根据不同电池型号可回收的金属含量的不同，对废旧电池及共享电池建立如下积分奖励制度，见表3。后期可根据现有电池回收的价格0.05元/个，建立兑换等价积分兑换条件。由于共享电池的投放自由度较大，以及出于对剩余价值的利用率较低的考虑，共享电池的积分奖励数额和废旧电池相同。

表3 干电池回收奖励机制

积分平台可利用微信公众号、APP等方式建立。用户可通过扫描回收箱附带的二维码关注公众号或下载APP，注册后即可在回收电池时实现积分的实时累计，并储存在账户的个人信息中，可在线上进行奖励兑换。对于不擅长操作智能手机的人群，亦可考虑通过ID卡进行积分累积，后期可进行线下的奖励兑换。

3.3 电量测量及积分奖励算法设计

根据电量测量模块及积分奖励制度，利用Visual Basic程序语言软件进行算法设计，使其能够实现不同电池电量使用场合的合理推荐，以及积分的累计功能。设计界面如图4所示，其模拟显示屏可在一定程度上反映实际电池回收箱屏幕的显示内容，显示屏右侧为模拟共享电池投入口及模拟废旧电池投入口，显示屏下方为模拟电量测试模块。一号电池、五号电池及七号电池按钮用于模拟电池投入。

图4 干电池回收系统正常状态显示图

当不进行任何操作时，显示屏上显示电池剩余电量的使用场合和使用推荐以及积分规则。当进行电池电量测试时，显示屏将显示目前电池电压，若小于0.8V，则提示可回收，并进行积分计算；若电压不低于0.8V，则提示可继续使用，如需共享可投入共享回收口，并进行积分。电压显示、电池回收或使用推荐、当前电池积分和此次使用以获得总积分将同时在显示屏上显示，方便用户获取详细信息。

当模拟电池测试电量为0.4V时，系统显示“电池已无电量，请投入废旧电池入口回收”，此时用户可将电池投入废旧电池投入口内，并进行积分，屏幕显示如图5所示。当模拟电池测试电压为1.1V，系统“您可以继续使用或者回收，如若回收请投入共享电池入口”，如图6所示。用户可根据剩余电量情况选择对电池再利用，或投放入电池共享入口进行共享。

图5 干电池回收系统模拟(测试电量0.4V)

图6 干电池回收系统模拟(测试电量1.1V)

4 结束语

文章针对目前废旧干电池的回收率不高，以及现有垃圾箱结构简单，利用率不高的情况，对干电池回收箱的功能进行了设计，并提出了有偿回收积分奖励的制度，用以提高干电池的利用率及废旧干电池的回收率。多功能电池回收箱亦可与现有垃圾分类站进行结合，积分制度及账号也可扩展用于其他可回收垃圾的有偿回收，可促进资源的再生利用，达到保护生态环境的目的。