Автоматизированный комплекс по сортировке мусора

Актуальность

В России ежегодно накапливается 65 миллионов тонн мусора, а один комплекс обычно сортирует 500 тысяч тонн, и лишь 7% идёт на переработку, остальное – на захоронение и сжигание. Такими темпами наша страна погрязнет в горах мусора уже к 2050 году. Также используется ручной труд при сортировке мусора, что вредит здоровью рабочих.

Цель

Описать работу инновационной автоматизированно-роботизированной линии, действующей на основе применения роботов, которые работают автоматически без человеческого ресурса. Линия будет сортировать около 1 миллиона тонн мусора в год.

Задачи

1. Проанализировать обстановку в мире по сортировке отходов и экологической составляющей.
2. Изучить аналоги проекта и оборудования.
3. Разработать описание прототипа автоматизированно-роботизированного комплекса по сортировке мусора.
4. Разработать описание полного цикла сортировки.
5. Создать модели в Blender.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер с установленным ПО

Описание

Вся работа автора являлась аналитической, основанной на обработке информации из источников интернета, оптимальных для данной сферы.

Она состояла из нескольких этапов: сбора информации в интернете, разработки полного цикла сортировки, описания устройства роботов-сортировщиков, описания устройства путевого распределителя и подведения итогов сортировки.

1. Разработка полного цикла сортировки

1. Транспортировка мусора по двум линиям ТБО (твёрдые бытовые отходы) и КГО (крупногабаритные отходы) с ТКО (твёрдые коммунальные отходы).
2. До процесса сортировки мусоровоз взвешивается и проверяется на радиацию.
3. До загрузки мусора в принимающую часть (воронка), мусоровоз заезжает по рампе на высоту 5 м для облегчения загрузка мусора. Для обеспечения полной выгрузки мусора и чистоты пространства вокруг воронки необходимо устройство для уборки мусора и механической руки для очистки воронки.
4. Обеззараживание колёс мусоровоза в спецбассейне перед выездом в город.
5. ТБО попадает в барабанный грохот для отсева органических компонентов. Вся органика отправляется на участок компостирования для получения технического грунта путём ворошения органических компонентов и их специальной ферментации.
6. Остальной мусор проходит магнитную сепарацию для отбора материалов, содержащих ферромагнетики.
7. Ферромагнетики сортируются роботами, где в специальные отдельные хранилища отбираются гальванические элементы, электроника и отходы I класса; MIX-мусор отправляется в шре́дер (измельчитель), после которого электрический магнит притягивает ферромагнетики, отправляя их на пресс и дальнейшее складирование в тюках.
8. Системой грамотной загрузки в шредер сортируется двухкомпонентный мусор в отдельные бункеры, что позволяет отсортировать больше вторичного мусора.
9. Мусор, не обладающий магнитными свойствами, проходит через баллистический сепаратор, где сортируется на 3D- и 2D-предметы, а также отсеивается и идёт в компостирование.
10. 3D-фракция, которая проходит через вихревые токи, отсеивается на сортировку роботам и цветной металл.
11. Оставшаяся 3D-фракция сортируется на стекло трёх цветов, пластик 14 видов, двухкомпонентный материал и MIX.
12. 2D-фракция сортируется на пластиковые пакеты 4 видов, макулатуру, текстиль, двухкомпонентный материал и MIX.
13. Другая линия с КГО и ТКО проходит сортировку на габаритный мусор, также отбирая электронику с бытовой техникой и покрышки с резиной.

(И так далее, см. по схеме.)

2. Устройство роботов-сортировщиков

Роботы оснащены датчиками, распознающими предметы по внешнему виду, с использованием технологии «машинного зрения». Управление роботами осуществляется с использованием программ искусственного интеллекта, которые анализируют полученные во время работы данные образа предмета, сравнивают с «образцами предметов», которые ввёл человек. Чем больше параметров используется при оценке образа, тем точнее выбор робота.

Оборудование, которым оснащены роботы-сортировщики, содержит также оптико-электронные модули, позволяющие распознавать химический состав предмета аналогично методам, используемым в оптических сепараторах.

Для повышения мощности сортировки создана постоянно движущаяся лента с подряд расположенными роботами. Каждый робот будет нацелен на один из типов отходов, которые будут распределяться по разным отсекам рядом с этим роботом. Далее эти отсеки ведут или к хранению компонента, или к другой сортировочной линии. Изучив работу автоматизированной сортировочной линии, авторы проанализировали качество выполнения сортировочных задач.

3. Устройство путевого распределителя

Следует отметить п. 17 схемы «Этапы полного цикла сортировки». Это последний этап, который распределяет остатки измельчённого двухкомпонентного материала по номерам отходов. Его устройство заключается в том, что специальная система считывает показатели заполнения бункеров через датчики. При его заполнении до определённого уровня мусор из бункера (хранилища) доставляется в шредер для измельчения, чтобы в дальнейшем отобрать ферромагнетик. При этом для правильной сортировки путевой распределитель меняет направление. «Path changing» происходит параллельно со считыванием датчика из бункера, чтобы настроить путь.

Результаты работы/выводы

Разработанная концепция позволит:

1. сортировать 43 вида отходов (описано в работе);
2. повысить переработку отходов, что может предотвратить утилизацию потенциально полезных материалов и сократить потребление первичного сырья, тем самым снизив потребление энергии, загрязнение воздуха (от сжигания), загрязнение воды и почвы (от захоронения);
3. сократить количество используемых ресурсов;
4. снизить выбросы парниковых газов;
5. содержать меньше персонала и уменьшить контакт человека с токсичным мусором (только транспортировщик).

Перспективы использования результатов работы

Если идея нашего проекта будет успешно реализована на практике, то можно оптимизировать цикл сортировки, чтобы он стал компактнее, суммарная мощность переработки отходов была максимальной, а стоимость – минимальной.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Нет

Награды/достижения

Открытая московская инженерная конференция школьников «Потенциал», направление «Природопользование и охрана окружающей среды», секция «Экология-1. Экологический след человека» – диплом III степени 

Мнение автора

«На мой взгляд, данная работа является незаменимой в будущем, ведь подобная технология улучшит экологию мира в разы, что позволит человечеству прожить на этой планете намного дольше.

Рад, что городской проект «Инженерный класс в московской школе» помогает попробовать себя в чём-то новом, а именно – в проектной деятельности, даёт опыт на будущее.

Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» – интересное и очень хорошо организованное мероприятие.  Очень волнительно докладывать о результатах работы над проектом экспертному жюри и участникам городской научно-практической конференции – учащимся школ России»