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1、如何变废为宝论垃圾的回收处理及其再利用张弛 王科社(北京机械工业学院机械工程系 100085)摘要：长期以来，当人们一提到资源，大多指的是自然资源，但实际上，从当前世界发展趋势看，自然资源的匮乏使人类不得不提高对自然资源的使用效率，在这里，循环利用是一条利用资源的必经之路。现代社会中，资源的概念迅速扩展，人们对复杂问题的理解和思维方式正在发生日新月异的变化。本着可持续发展的总体思路，资源、人口、经济、环境、生态、社会等越来越明显地交织在一起，“垃圾”作为一种资源类型，愈来愈受到世界各国的高度重视。我国废旧物资中蕴藏着巨大的财富，这些总值上千亿元的废弃物用之为宝、弃之为害，其中大半成为困扰各地的
2、城市垃圾。如何处理和利用这些垃圾，使其真正能够“变废为宝”成为了一个严峻的问题。关键词：垃圾资源,循环利用正文：一.我国经济增长和城市垃圾增长目前，我国正处在经济高速增长时期，1992年以来，国内生产总值（GDP）的平均增长率12.1%，是新中国历史上发展最快的时期。国民经济提前5年实现比1980年翻两翻的目标，经济实力显著增强，据世界银行公布的数据，我国GDP在世界各国中的排位已从1991年的第10位上升到1996年的第7位。然而，在总体上保持着快速、稳定增长趋势的同时，我国城市垃圾的增长趋势、处理处置现状及其造成的环境问题则不容乐观，二者呈正相关系。 从1987年到1996年10年间，我国
3、城市垃圾产生量增加了近1倍。目前，全国约有2/3的城市已处在垃圾的包围之中。随着我国经济的快速发展，城市人口仍将持续快速增加，城市垃圾量的增长势头仍很难遏止。城市垃圾产生量还将以每年8%10%的速度递增，到2010年产生量将达5亿吨。 大量的垃圾堆放在城市周围，已成为一个十分严重的环境问题，带来了现实和潜在的污染危害。在问题较为突出的城市，已经阻碍了城市建设的进程，制约了经济的发展。主要表现在：1. 垃圾堆放场气体的环境危害，1吨固体垃圾在完全厌氧条件下大约产生300400立方米的气体，其中CH4和CO2分别占50%和40%，CH4对温室效应的影响比CO2高22倍，目前基本上没有对这些气体采取
4、有效控制和回收措施，当垃圾堆放场周围甲烷达到一定浓度时存在着火灾和爆炸隐患。2. 由于大量垃圾堆放和填埋场处理设施不完善甚至根本没有，已经对周围的地表水、地下水和土壤造成难以处置的污染，严重危害了堆放场周围的自然生态环境。3. 有碍景观、散发恶臭、孳生有害病源体等一系列严重问题。 这是传统工业社会的一种由“资源产品污染排放”单向流动的线性经济模式造成的恶果。在这种线性经济中，人们高强度地把地球上的物质和能源提取出来，然后把污染和废物大量地抛弃到空气、水系、土壤、植被中，线性经济正是通过这种把资源持续不断地变成垃圾的运动，以环境破坏为代价来追求经济的数量型增长的。传统线性经济除了资源输入的高开采
5、和污染排放的高输出之外，一个重要的特征是一切为了生产和销售新的产品以及与不断生产和销售必然相关的产品使用的短效性。而垃圾资源循环利用的基本战略则是要优化物品的可长期性，而不是最大限度地生产，最大规模地销售以及推销寿命很短的产品。 二.城市垃圾资源循环利用的操作原则 国外城市垃圾资源的循环利用已进入综合利用阶段，其资源化利用率已达60%以上，而我国尚不到5%，以废纸为例，我国目前废纸回收率仅为20%左右，每年流失的废纸约600万吨，相对于浪费木材240万M3，浪费森林资源1010万M3。据统计，目前全国垃圾填埋场和堆放场中CH4气体1年的排放量，相当于700万吨左右的煤炭的能源潜力，直接经济价值
6、达10108万元。可见，我国城市垃圾资源的循环利用具有极大的潜力。而循环利用方式的建立则依赖于一组以“减量化、再使用、资源化”为内容的行为原则。 1.减量化原则：减量化原则要求减少进入生产的消费流程的物质量，也就是说人们必须学会预防垃圾产生而不是产生后治理。在生产中，制造厂可以通过减少每个产品的物质使用量、通过重新设计制造工艺来节约资源和减少排放。由于大量的资源浪费和垃圾产生来自包装，因此，过度包装或一次性的物品是不符合减量化原则的；在消费中，人们可以减少对物品的过度需求。人们可以大宗地购买，选择包装较少和可循环的物品，购买耐用的高质量物品等，如果人们这样去做，实际上就是在力所能及地减少对自然
7、资源的压力，在减少对垃圾填埋场的压力。 2.再利用原则：再利用原则要求尽可能多次以及尽可能以多种方式使用人们所购买的东西。在生产中，制造商可以使用标准尺寸进行设计，标准尺寸设计能使计算机、电视机和其它电子装置的电路非常容易和便捷地更换，而不必更换整个产品。家用排油烟机、吸尘器等均可设计成便拆洗、修理和便组装，这样，可以避免产品过早地成为垃圾；在生活中，人们把一样物品扔掉之前，应该想一想家中和单位里再利用它的可能性，确保再利用的简易之道是对物品进行修理而不是频繁更换。人们可以将可维修的物品返回市场体系供别人使用或捐献不再需要的物品给需求者，一些消费者可以购买二手货或稍有损坏但并不影响使用的产品。
8、3.资源化原则：资源化原则要求尽可能多地再生利用或资源化。资源化是指把物质返回工厂，在那里粉碎之后再融入新的产品中，即将消费者遗弃的“垃圾”资源化形成新的产品。资源化能够减少人们对垃圾填埋场和焚烧场的压力，制成使用能源较少的新产品。正确地认识垃圾是解决垃圾困扰的前提。仔细研究生活垃圾就会发现垃圾并不全是有害物质，相反它是一种宝贵的资源。如：废旧金属制品，用来提炼金属，比从矿石中提炼金属更好；破碎的玻璃是制造玻璃器皿的现成原料；废旧塑料袋、塑料泡沫、塑料制品，可再变成塑料；废旧纸张是造纸的好原料；旧橡胶可变成再生橡胶；木质废物可用来造纸等。厨余（剩饭剩菜、瓜果皮核、骨头内脏等）可变成肥料、燃料，
9、甚至饲料。 由垃圾资源循环利用的三个原则可以看出，我们对待垃圾问题的优先顺序为避免产生循环利用最终处置。其目的，不是仅仅减少废弃物的体积和重量，使得垃圾填埋场等可以用得时间长一些，相反，它是要求从根本上减少自然资源的耗竭，减少由线性经济引起的环境退化。 三.我国城市垃圾资源循环利用现状 世界先进国家钢产量的、铜产量的、纸产量的是由废旧材料生产的，而我国每年却有约500万吨废钢铁、20万吨废有色金属、1400万吨废纸沦为真正的垃圾。每年丢弃的各类电池亿多支。王如珍说，每回收利用一吨再生资源，相当于减少吨垃圾处理量，每回收利用一吨废钢铁，可以节省开采各种矿石20吨，节约1.2吨炼钢标准煤。因此，以
10、资本为纽带，按市场规律，通过建设城市社区回收、市场集散、综合利用为主要环节的现代再生资源回收利用体系，已经成为实现资源可持续发展的当务之急。国家经贸委、国家环保总局、中华全国供销合作总社等权威部门统计显示，目前我国在节约资源保护环境方面潜力巨大。我国矿产资源总回收率仅为到，比世界水平低个到个百分点。每年可综合利用的固定可回收再生资源中，一半以上没有得到回收利用，总价值达多亿元。按国家经贸委制订实施的再生资源回收利用“十五”规划，到年我国再生资源回收利用价值将达到550亿元，而流失的另一半，至少仍相当于这个数目。专家指出，再生资源与自然资源不同，它们如果不能化为宝，就会成为公害。目前这些“破烂”
11、废弃物在各大中城市郊外堆积如山，总重量达多亿吨，占用耕地亿多平方米。从卫星上看，我国大中城市绝大多数被成千上万的垃圾填埋场包围，对土壤、地下水、大气造成严重的污染。2001年，我国668座城市所丢弃的垃圾多达1.7亿吨，而清运的垃圾却只有亿吨，也就是说，每年至少有3000万吨垃圾我们无法清运，在那里被随意地丢弃着。 3000万吨是个什么概念那意味着如果用解放牌货运卡车来拉，需要1000万辆车才能运走。而这1000万辆解放卡车若一字排开，长达10万公里，中国高速公路的总里程也才不过3.5万公里。在这被清运到垃圾场的1.4亿吨垃圾中，有一多半未能进行无害化处理，即7000多万吨的垃圾在露天堆放着，
12、向天空散发着臭气，向地下渗透着污浊，日甚一日地、严重地恶化着我们的生活环境。 几乎我们所有的城市，不只是那32座百万以上人口的大城市，连中小城市都在为垃圾犯愁，而且越是小城镇问题越严重。因为许多小城镇连环卫局，连一辆运送垃圾的大货车都没有。进军垃圾业的序幕被拉开 2002年月，由香港亚太环保有限公司独家投资的广州亚太生活垃圾有限公司，与广州市市容环境卫生局签署了合作协议。根据该协议，香港亚太环保有限公司到2004年将投资约2.8亿元，在广州建立起一座日综合处理生活垃圾1000吨的垃圾厂，从而正式拉开了外资进军中国垃圾产业的序幕。但是，如果处理利用得当，这些令人头痛的看似无用的垃圾却可以“变废为
13、宝”，只要有了规模化的垃圾回收和处理体系，生产流水线一样的我们的生存环境在急剧恶化，随着工业的迅速发展，工业垃圾、建筑垃圾、生活垃圾、化学垃圾、核废料各种各样的垃圾包围着城市，并急剧地向农村扩散，江河湖海无一能幸免于难，连万里长江，也成了巨大的、流动的垃圾场。不知你有没有注意到，我们使用的一次性的东西越来越多？ 比如我们不再使用手绢，而改用一次性的纸巾，一次性使用的注射器，一次性使用的木筷，一次性使用的纸杯，一次性使用的饭盒城市垃圾的构成，在二十年间悄悄地发生了质的变化。 我们的垃圾堆里埋藏着的财富也越来越多。 由于天然气、煤气以及生活用电的大面积推广，在城市垃圾中，几乎占到一半以上的炉灰煤渣
14、已悄然引退，而大量的有机物质比例迅速增加，如包装物品、一次性木筷、塑料制品、菜根菜皮、一次性饭盒、玻璃制品、废旧铁器、橡胶制品，仔细一分类你就会明白，这些东西都不是废品，都是可利用的可再生资源，只是我们未能将它们加以认真地开发利用而已。 据业内专家分析，在城市垃圾的比例中，塑料占到了，玻璃占到了，纸张占到了，而树叶、蔬菜根皮、瓜果皮核等有机物，所占比重高达，这可以直接转化为绿色肥料，卖给城市绿色农业生产业。这都是丢弃在垃圾中的财富。 如果我们将其中的有机可燃物质加以燃烧，一吨城市垃圾其热能相当于半吨煤炭。垃圾发电、垃圾处理的资源化，早已不是纸上谈兵。在国外许多国家，已经成为新的投资热点。在中国
15、也已渐成新兴产业。据专家们预测，在未来的三十年间，全球在环境、能源、农业、绿色食品、信息高速公路、制造业和医学等领域，将出现十大新兴技术，而其中有关解决环境问题的垃圾处理新兴技术被排在第二位。足以可见它的前景是如何被全球有识之士所看好。有专家说，在新世纪，发达国家的生活垃圾回收利用率，将有望达到以上。这将是一笔惊人的财富。据北京市环卫部门统计，在北京以捡拾垃圾为生的人超过了8.2万人。也就是说，京城的垃圾业创造了8.2万个就业岗位。有调查数字表明，蹬着三轮车游街串巷收破烂的板儿爷，平均年收入在1.5万元，在北京的饭店酒店收集泔水卖给养猪业的人，年收入平均在1.2万元左右，天天在北京的街道或居民
16、小区垃圾台上扒垃圾，捡拾垃圾的人，年收入平均在万元左右，而私人建立的废旧物资回收站点，年收入平均则超过了万元。这8.2万人的拾垃圾大军，每年从京城丢弃的垃圾中捡回了至少9.2亿元。 使用生活垃圾的成本，与使用宝贵的天然林木材，其收集成本低廉得不具有可比性。而在加工成本上，这些废弃物由于是一种深加工，二次加工，其成本也同样与传统使用的木材的加工成本，低廉得不具有可比性。这里还没有计算，在环境保护上所创造的一负一正的价值。据我国有关部门统计，由于我国生活垃圾的处理还非常原始，回收利用率极低，几乎有以上的生活垃圾被填埋抛弃，每年被如此丢弃的可再生资源，价值竟高达1250亿元。而2000年中国股市全年
17、所增发的新股不过才1000亿元！ 你可以想象，这是多么巨大的一笔财富。我们能对此熟视无睹吗？且不说生产财富，就是能把我们的城市从垃圾的围困中解救出来，从白色污染中解救出来，使得蓝天更蓝，碧水更碧，空气更加清新，便已经是金身不朽的千秋伟业了。 每年1250亿元的收益是一笔巨大的财富，是足以造就世界首富的伟大工程，而2001年所统计出来的中国首富的个人资产，也不过19亿美元。如果有人能从中国这被抛弃的财富中回收，他就是新的中国首富了。很显然，精明的外商已经看到了这点。垃圾里面有黄金并非一个美丽的故事，而是新世纪的辉煌。参考文献：1自然资源学报，徐新华主编， 2002； 2城市垃圾资源利用前景分析，
18、何品晶等编，中国铁道出版社,2001； 3中国21世纪议程中国21世纪人口、环境和发展白皮书，中国环境出版社，2003； 4中国垃圾资源持续开发利用方向，方创琳等编，上海环境科学出版社，1999。相关网址： 1环保人 2百家论坛 起重机械计算机辅助概念设计的方法张弛 王科社(北京机械工业学院机械工程系 100085)1.前言概念设计(conceptual design）是指在满足约束的条件下由功能确定出形式的设计过程，也是一系列的决策过程。有研究表明，概念设计是决定一个项目或产品设计方案，节约投资和富有创造性的一个重要设计环节。传统的概念设计完全是由人来完成的，它受到设计者的知识水平、经验，甚
19、至情绪等多方面因素的影响，因此，设计过程具有很大的盲目性，而设计结果具有很大的随机性。随着计算机技术的发展和设计方法的不断完善，形成了计算机辅助概念设计这一新的研究领域，并在土木、电子电路等工程设计中得到了应用，在机械工程领域中也有一些可喜的应用成果，如智能加工中心的设计，汽车的设计以及在机构学中的应用等。本文将基于功能、约束、结构的概念设计方法应用于起重机械的设计中，重点讨论系统设计的方法，对于利用计算设计方案，形成完整的起重机辅助设计系统具有较大的意义。2.计算机辅助概念设计及其方法2.1概念设计的定义主要要注意2个概念：功能和结构。功能是指所要满足的最主要的特性；结构是一种构型或一种属性
20、，或产品目录中的一种产品、一个元件。实际上，在设计的各个阶段，设计者都会遇到诸如采用何种结构来满足设计的功能要求之类的问题，解决这样的问题并得到一些设计结果的过程就称为念设计。因此，概括地说，概念设计具有以下4个特点：（1）概念设计以满足设计的功能要求为目的，这也说明了概念设计的内容，即概念设计以功能要求为主要研究内容。（2）概念设计得到的结果应具有多样性即概念设计应能够得到一些，也不是一个结构组成方案。（3）概念设计应是多层次的，只有这样才能实现设计结果的多样性及功能与结构的一一对应关系。（4）概念设计应有利于创新，这是概念设计的灵魂。2.2计算机辅助概念设计的方法应用计算机来进行概念设计是
21、近些年工程设计中的一个研究热点问题，已有各种方法，比较常用的是基于功能、结构和约束的概念设计方法，这种方法可分为以下3个步骤：(1)将设计要求抽象为功能，并分解为主要功和次要功能。主要功能必须无条件地满足，而次功能是在设计约束容许的条件下尽可能地满足，与设计要求发生冲突时，可放宽要求，甚至可完；放弃。(2)实现功能与结构之间的映射。(3)由评价准则或评价方法评出最佳方案或较佳方案。在上述步骤中，功能的分解和推理一般以符号进行，以使设计过程更加理性化，便于产生新的设一方案。在上述步骤中，功能的分解和推理一般以符号进行，以使设计过程更加理性化，便于产生新的设一方案。而且在每一步骤中都应考虑设计约束
22、，并随着设计过程的不断深人，又有新的设计约束加人其中。 通常，计算机辅助概念设计系统主要由功能模块、结构模块和评价模块组成。功能模块仅仅考虑主要功能，而不考虑约束、物理描述及制造过程。构模块既要描述实现主要功能的物理结构，还要包括功能模块所略去的所有信息。当功能模块和结构模块确定之后，便要建立能够表达设计要求路径抽象层次结构，根据输入/输出条件选择适当的功能模块，进而形成功能网络。评价模块用来对设得出的各种方案进行评价。 3 起重机械的概念设计 3.1 起重机械的功能网络 起重机械是一种重要的搬运机械，无论在车站、码头还是在工厂车间，到处都可以看到各式各的起重机械。起重机械的主要功能应是起吊重
23、物，并将其置于所期望的空间位置。这一功能又可分解为3个操作动作：取物、起升、定位。取物是指将起重机械与被起吊的重物联系在一起；起升和定位是将被起吊的重物移动到所期望的空间位置，即改变重物的空间位置，其中起升指重物在垂直地面方向上的运动，而定位指重物在平行于地面的平面内的运动。这3个操作动作可各自独立完成，也可将起升和定位2个动作组合在一起完成。 至此，还不能实现功能与结构之间的映射，因为二者之间的关系还不是一对应的，如完成取物这一动作就有许多装置可以采用。有研究表明，功能分解的最佳状态是功能与结构的一对应。如果功能分解得过细，则求解所需的时间将增加很多，而分解过粗，则有可能丢掉一些好的设计方案
24、。因此，有必要将功能继续向下分解，直到功能与结构有一对应的关系为止。 根据完成各种操作动作的物理原理和方式不同，可以将功能进一步分解。现仅以取物为例加以说明。系统根据输人的设计约束进行抉择从而形成各种不同的求解路径，得到不同的设计方案。如重物为散粒状物料则应选用抓取作业方式，即使用抓斗；而当重物的尺寸范围变化较大，且需远距离操纵时应选用夹紧取物方式，夹紧取物又有支架一钳式、杠杆一钳式、杠杆一绳索式、偏心轮式等各种形式。若选定了某一种部件形式，进一步就是设计各个零件的结构和尺寸。如此这般，便实现了从功能到结构的映射，完成了概念设计阶段。 3.2方案的评价 起重机械是一种复杂的机械设备，基于功能。
25、约束、结构的计算机辅助概念设计方法所得到的众多方案，还需要在考虑安全性、可靠性、通用性及性能价格比等诸多重要因素的基础上进行方案评价。评价方案的方法可采用模糊综合评价法或灰色综合评价法，这些方法在机械工程中已有不少应用，本文不再赘述。 4.结论 本文提出了起重机械计算机辅助概念设计的方法，利用这种方法可以使起重机械方案设计过程更加理性化，减少设计者对设计结果的影响。通过计算机辅助概念设计得到的许多设计方案，在方案评价的基础上，将得出最佳方案或较佳方案，并可能具有一定的创新性。基于起重机械计算机辅助概念设计方法而形成的起重机械智能系统值得进一步深人研究。参考文献1计算机辅助设计 徐之前、陈登立等主编 电子工业出版社20022起重机设计方法与实例杨新兴主编机械工业出版社19983起重机械严大考、郑兰霞主编郑州大学出版社20034起重机械计算机辅助概念设计淄德湾著起重运输机械2000（5）911
