闫 爽，于 迪，刘晓华

(齐齐哈尔大学理学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

绿色设计理念与废纸回收绿色设计又称生态设计、环境设计。绿色设计注重自然资源和生态环境的保护，使环境不受工业发展污染。绿色设计是为了资源消耗的再减少、再利用、再循环。而纸张回收从环保角度出发，考虑环境保护要素、技术应用范围和经济效益，为用户提供更为优质的回收体验，实现资源和能源的节约，减少环境污染。

1 智能纸张回收机设计背景

根据造纸行业数据，制浆造纸及纸制品全行业2020年完成纸浆、纸、纸板和纸制品合计25 498万吨，同比增长1.22%，其中，纸及纸板产量11 260万吨，较上年增长4.60%；纸浆产量7 378万吨，较上年增长2.37%。我国对纸制品的需求量很大且逐年增加。造纸的主要原料有木浆、废浆和非木浆(芦苇浆、甘蔗渣浆、竹浆等)，这些原料存在极大缺口，这为纸张回收行业提供了极大的市场。对纸张进行二次回收再利用，可以在很大程度上减少对自然资源的消耗，减少能源消耗。

学校及企事业单位，每天废纸产出量较大。据对齐齐哈尔大学的调查发现，67.86%的人日产生废弃纸张数量为1～5张；26.79%的人日产生废弃纸张数量为6～10张。对齐齐哈尔大学一号教学楼正门单日通过人数进行统计得到，单日通过平均为7 000人次，废纸回收机器被关注并应用的概率为20%，通过计算可以得出，每日机器应收到的纸张数量约为4 725张(以A4纸为例：重量为4.366 g)，重量约为20 kg。学校中有十几个教学楼、实验楼及办公大楼，这说明在学校内部存在大量纸张需要回收，如果这些纸张能被统一回收处理，将对资源再生利用做出巨大贡献。

办公用纸也存在一些问题：办公用纸的使用量很大，书写、打印、传真等纸张使用后，上面留存了很多信息，部分信息属于个人或企业隐私，一旦泄漏将会带来很多问题，因此纸张粉碎处理十分重要。回收中，杂物体积小，人工清理耗时长，且废弃纸张中掺杂了其他废物，为纸张后续处理造成困扰。

设计一种适用于校园周边纸张回收的产品。智能纸张回收机为废纸再利用提供了便利条件，解决了纸张信息泄漏问题，相较于焚烧方式，粉碎回收减少了燃烧造成的污染，实现了信息保护。

该纸张回收机对纸张进行粉碎后，减少了后续纸张处理步骤，缩短了废纸处理时间，提高了回收效率。但碎后纸屑体积较小，不利于处理，因此设计了压缩功能，使其回收过程更加便捷，利于操作。

2 智能纸张回收机设计理念

将不易回收且容易被忽视的能源进行回收利用，以实现能源的可持续利用。智能纸张回收机设计考虑了经济、便利、功能等因素，通过对目前的纸张回收装置进行分析发现，其中存在纸屑蓬松不易回收、所占体积大等问题，故而采取压缩方式来解决。这种压缩方式已应用于生活的各个方面，如矿泉水瓶、易拉罐、快递纸箱及一次性塑料餐具等废品均采用压缩处理，有利于存放，大大增加了运输量，提高了回收效率。碎纸机可将纸屑压缩成块，体积小，便于回收利用。纸张回收机实现了环保理念，功能齐全，造型简单，易于生产、加工、使用，在科技及互联网管理方面体现了智能性。

3 智能纸张回收机设计方案

基于绿色环保理念及互联网技术，设计了智能纸张回收机。主要实现4个功能，图1为功能区域划分。①区：控制台及智能互联网区；②区：纸张投入口及称重区；③区：纸张粉碎区；④区：储存消杀区。

图1 智能纸张回收机的功能区域Fig.1 Function areas of intelligent paper recycling machine

基于微信小程序与物联网平台实现对机器的远程控制。选取正点原子新战舰STM 32开发主板、LORA通信模块、激光测距模块OV7725摄像头等对机器进行监控，通信模块与云端进行联通，云端经过处理后，将数据及GPS定位情况向机器管理人员反馈机器状态。

纸张容量监测，如图2所示。采用红外线测距方法对机器中的纸张容量进行测定。将红外线发射仪与接收仪固定在容积提醒线处的同一侧，与之相对的一侧放置反光镜，当其中纸张未达到机器容积的80%，红外线将接收到反射光线，反之光线将受到纸张阻碍返回时将发生改变。接收仪在感知到数字变化时会向云端发射信号，云端对数据进行处理并反馈到手机小程序端，从而实现对纸张容量的监控。

图2 纸张容量监控结构Fig.2 Paper capacity monitoring structure

利用云端网络数据处理，将纸张回收价格同步至机器上，当机器有纸张投入时，对纸张重量进行称量，通过重力传感器将所得数据传入云端，并计算出纸张总价格反馈于机器显示器上，通过微信小程序进行金额结算。

机器粉碎纸张功能的实现采用YD-428刀具进行粉碎切割，该机器刀片适应于不同硬度的纸张，对投入纸张有着更大的包容性，可以减少机器故障发生。采用塑封袋及塑型模具进行压缩处理，此为真空压缩方式。对于不同纸张特性，可以选择不同吸力强度来达到不同压缩程度。

图3 机器粉碎纸张功能Fig.3 Machine shredding paper function

机器消防安全是十分重要的，在火灾初期可能出现阴燃情况，在温度不是很高的情况下，温感传感器不一定能够即时做出报警处理，因此在机器上安装了一氧化碳探测器。如果火势迅猛，机器迅速升温将会被温度传感器即时检测到，当周围环境的一氧化碳达到一定浓度或温度达到纸张燃点时，将自动通过物联网平台向消防部门及机器管理者发出火灾警报。

国家科学院研究表明，未经消毒双手的细菌总数为1 441个/cm2，大肠菌数 MPN为15，而经过消毒的双手细菌平均数为364个/cm2，大肠菌群为0～6(MPN)个/cm2。纸张回收机作为一种公共设施，卫生问题应被重视，因此选用了紫外线灯照射方式对回收的废弃纸张进行消毒。当纸张被粉碎后，采用紫外线消毒灯照射3 min，这种消毒方式适用于密闭机器环境内，相较于照射整本书籍粉碎后的消毒效果也更为明显。与其他消毒方式相比，这种消毒方式更加方便快捷。

4 结论

绿色环境友好型机器设计符合我国环保及资源再利用要求。针对现有纸张回收装置存在的不足，从绿色环保设计理念出发，提出粉碎压缩设计，减少纸张运输体积，解决纸张内容泄露问题。智能型回收机将人工智能交互、互联网技术作为设计的一部分，实现了自主操作，无需人工看守，可以解决学校周边废纸零碎不易回收问题，做到了自动回收，相较于人工回收降低了成本，减少了纸张资源浪费。