一种化工业固废再利用智能自动处置系统 |
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| 申请号 | CN202410283773.9 | 申请日 | 2024-03-13 | 公开(公告)号 | CN117862189A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 北京大学; | 发明人 | 孙基男; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种化工业固废再利用智能自动处置系统，包括固废收集模 块 、固废分类模块、固废处理模块、智能控 制模 块和传送模块，所述固废收集模块包括废料过滤装置和固废收集装置；所述固废分类模块用于对所述固废收集装置收集的固体废料进行归类；所述固废处理模块用于处理所述固废分类模块分类后的固体废料；所述智能 控制模块 用于对其余各个模块进行控制；所述传送模块用于将固体废料传输到各个模块。本发明通过采用分类 算法 对固体废料所包含的化学物质进行判断，无需人工判断，提高了自动化程度以及安全性；通过设置准确度指标对分类算法的结果进行验证，提高了判断的可靠性，为改进分类算法提供了数据 支撑 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种化工业固废再利用智能自动处置系统，包括固废收集模块、固废分类模块、固废处理模块、智能控制模块和传送模块，所述固废收集模块包括废料过滤装置和固废收集装置，所述废料过滤装置用于分离气体废料、液体废料和固体废料，所述固废收集装置用于从所述废料过滤装置中收集固体废料；所述固废分类模块用于对所述固废收集装置收集的固体废料进行归类；所述固废处理模块用于处理所述固废分类模块分类后的固体废料；所述智能控制模块用于对其余各个模块进行控制；所述传送模块用于将固体废料传输到各个模块； |
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| 说明书全文 | 一种化工业固废再利用智能自动处置系统技术领域[0001] 本发明涉及固体废料处理领域，尤其涉及一种化工业固废再利用智能自动处置系统。 背景技术[0002] 固体废物是指人类在生产建设、日常生活和其他活动产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。化工固废再利用是指将化工生产过程中产生的固体废弃物进行再加工、再利用，使其成为有用的资源。 [0003] 如CN110330223A的现有技术公开了的一种玻璃纤维的化工合成固化废物处理方法，包括如下步骤：纤维废丝清捡：工人清捡纤维废丝时，工人手持带有吸铁器的翻铲在纤维废丝中来回翻动3‑5次，翻动结束后，利用塑料铲将纤维废丝装入袋内，并利用细绳对袋口处进行打包处理，利用叉车将袋体移动至仓库内储存备用。 [0004] 另一种典型的如CN111196715A的现有技术公开的利用活性氧化铝球工业固废危废制备惰性氧化铝化工填料的方法，包括以下步骤：(1)将原料分别放入球磨机中，进行湿法超细研磨，然后过筛除铁，得到纳米陶瓷泥浆；(2)将纳米陶瓷泥浆和水及石墨混合，搅拌，再置于水蒸汽环境中保温，加酸控制pH值，形成铝溶胶；(3)向铝溶胶中加入锆溶胶，然后干燥，得到干凝胶；(4)将干凝胶进行造粒，然后压制成坯体；(5)将坯体进行干燥，再加入矿化剂进行烧成，得到所述的惰性氧化铝化工填料。 [0005] 再来看如CN219357360U的现有技术公开的一种化工固废降解装置，包括粉碎箱，所述粉碎箱的顶部开设有进料口，所述粉碎箱的两侧均开设有两个第一固定孔，所述粉碎箱的内部设置有两个破碎辊。 [0006] 目前，在本领域的固废处理中，普遍存在智能度和自动化程度较低的情况，往往需要人工进行监测和辅助，为了解决本领域普遍存在的问题，作出了本发明。 发明内容[0007] 本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种化工业固废再利用智能自动处置系统。 [0008] 为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：一种化工业固废再利用智能自动处置系统，包括固废收集模块、固废分类模块、固废处理模块、智能控制模块和传送模块，所述固废收集模块包括废料过滤装置和固废收集装置，所述废料过滤装置用于分离气体废料、液体废料和固体废料，所述固废收集装置用于从所述废料过滤装置中收集固体废料；所述固废分类模块用于对所述固废收集装置收集的固体废料进行归类；所述固废处理模块用于处理所述固废分类模块分类后的固体废料；所述智能控制模块用于对其余各个模块进行控制；所述传送模块用于将固体废料传输到各个模块； 所述固废分类模块包括分类单元，所述分类单元包括判断单元和特征提取单元，特征提取单元用于获取固体废料的第一光谱，以及将固体废料进行切割后的获取的第二光谱，所述判断单元用于基于第一光谱根据分类算法判断固体废料成分得到第一判断结果，基于第二光谱根据分类算法判断固体废料成分获取第二判断结果，根据第一、第二判断结果由下式可以得到初始判断结果的准确度指标： ； 其中，ZB是准确度指标；n是根据分类算法判断到第一判断结果包含的化学物质种类数；j是根据分类算法判断到第二判断结果中所包含的化学物质种类数；N是第一光谱中不同峰值的波峰个数；是第一光谱中的第i种波峰的峰值；是第二光谱中与第一光谱的第i种波峰的峰值差距最小的波峰的峰值；B是第二光谱中不同峰值的波峰个数,e是自然常数。 [0009] 更进一步的，所述固废分类模块包括去粉尘单元、分类单元和分拣单元，所述去粉尘单元包括扫除装置和抽取装置，所述扫除装置用于扫落固体废料上的粉尘和颗粒物，所述抽取装置用于回收粉尘和颗粒物，所述分类单元用于对固体废料进行分类，所述分拣单元用于对分类后的固体废料分拣到所述固废处理模块。 [0010] 更进一步的，所述固废处理模块包括多个固废处理装置、运输车和储存装置，所述固废处理装置用于将固体废料转化为可利用材料，所述运输车用于将无法再利用的固体废料送到堆填区，所述储存装置用于储存所述固废处理装置所产生的可利用材料，所述储存装置包括称重装置，所述称重装置用于对材料进行称重。 [0011] 更进一步的，所述智能控制模块包括检测单元、参数监控单元、报告生成单元和警报单元，所述检测单元与所述传送模块信号互通，所述检测单元用于检测是否有物料被送到所述传送模块并控制所述传送模块的开启和关闭，所述参数监控单元用于监控所述固废收集模块、固废分类模块和固废处理模块的各个参数，所述报告生成单元用于生成可利用材料的产量报告，所述警报单元用于发出警报信号。 [0012] 更进一步的，所述分类单元包括光源、夹持单元、特征提取单元、判断单元、切割单元、归类单元和第一拍摄单元；所述光源用于对固体废料进行照射；所述夹持单元用于夹持固体废料，所述夹持单元包括多个大小不同的夹持件，所述夹持件用于夹持不同大小的固体废料；所述判断单元用于判断固体废料包含的化学物质种类；所述切割单元用于对固体废料进行切割；所述归类单元用于对固体废料进行归类；所述第一拍摄单元用于对固体废料进行拍摄；所述特征提取单元用于获取固体废料的光谱特征。 [0013] 更进一步的，所述化工业固废再利用智能自动处置系统的工作流程包括：S1,所述废料过滤装置对化工业工作所产生的废料进行过滤，所述固废收集装置从所述废料过滤装置中收集固体废料； S2,所述固废分类模块判断收集的固体废料所包含的化学物质种类，对固体废料进行切割后，通过准确度指标验证判断结果的准确度； S3,若准确度指标超出设定的阈值范围，则分类算法存在较大偏差，执行S4；反之，执行S5； S4,警报单元发出警报信号，工作人员对分类算法进行调整后，对固体废料进行二次切割和判断，并以三次判断中最接近的两次判断结果为依据对被切割后的固体废料进行归类，随后执行S6； S5,固废分类模块根据切割后的第一切割固废包含的化学物质对应的处理方式对第一切割固废进行归类，并根据切割后的第二切割固废包含的化学物质对应的处理方式对第二切割固废进行归类； S6,所述传送模块将归类后的固体废料送到所述固废处理模块的对应部分； S7,所述运输车将无法再利用的材料送到堆填区，所述储存装置对可利用材料进行储存并称重，所述报告生成单元生成可利用材料的产量报告。 [0014] 更进一步的，所述固废分类模块判断收集的固体废料所包含的化学物质种类包括以下步骤：S21,所述第一拍摄单元对固体废料进行拍摄； S22,所述判断单元根据所述第一拍摄单元的拍摄图像判断应该选用的夹持件的大小； S23,所述夹持单元选择合适大小的夹持件将固体废料夹持到指定位置； S24,所述光源对固体废料进行照射，所述特征提取单元提取固体废料的光谱特征； S25,所述判断单元根据光谱特征判断固体废料的包含的化学物质种类。 [0015] 更进一步的，所述判断单元根据光谱特征判断固体废料的包含的化学物质种类包括以下步骤：S251,根据提取的光谱特征，通过分类算法判断固体废料包含的化学物质种类，得到第一判断结果； S252,将固体废料切割为第一切割固废以及第二切割固废； S253,获取第一切割固废以及第二切割固废的光谱作为第二光谱，通过分类算法对第二光谱进行判断，得到第二判断结果； S254,根据下式获取初始判断结果的准确度指标； ； 其中，ZB是准确度指标；n是根据分类算法判断到第一判断结果包含的化学物质种类数；j是根据分类算法判断到第二判断结果中所包含的化学物质种类数；N是第一光谱中不同峰值的波峰个数；是第一光谱中的第i种波峰的峰值；是第二光谱中与第一光谱的第i种波峰的峰值差距最小的波峰的峰值；B是第二光谱中不同峰值的波峰个数,e是自然常数。 [0016] 本发明所取得的有益效果是：1,通过采用分类算法对固体废料所包含的化学物质进行判断，无需人工判断，提高了自动化程度以及安全性； 2,通过设置准确度指标对分类算法的结果进行验证，提高了判断的可靠性，为改进分类算法提供了数据支撑; 3,所述判断单元通过图像识别算法来对第一拍摄单元的拍摄图像进行识别，从而判断应该选用的夹持件，保证了每一个固体废料都被由与其大小匹配的夹持件夹持，避免了固体废料在被夹持过程中掉落，还提高了系统的自动化程度； 4，先判断固体废料里所包含的化学物质种类，再根据处理方式对固体废料进行归类，通过采用这种流程，相比于传统的处理方式，无需对每个固体废料按照化学物质进行拆分，大大降低了系统所需的工序，有利于提高处理效率。 附图说明 [0017] 从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定相同的部分。 [0018] 图1为本发明的结构示意图。 [0019] 图2为本发明的工作流程图。 [0020] 图3为本发明的固废分类模块对固体废料进行分类的流程图。 [0021] 图4为本发明的判断单元根据光谱特征判断固体废料的包含的化学物质种类的流程图。 具体实施方式[0022] 以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。 [0023] 实施例一：根据图1、图2、图3和图4，本实施例提供一种化工业固废再利用智能自动处置系统，包括固废收集模块、固废分类模块、固废处理模块、智能控制模块和传送模块，所述固废收集模块包括废料过滤装置和固废收集装置，所述废料过滤装置用于分离气体废料、液体废料和固体废料，所述固废收集装置用于从所述废料过滤装置中收集固体废料；所述固废分类模块用于对所述固废收集装置收集的固体废料进行归类；所述固废处理模块用于处理所述固废分类模块分类后的固体废料；所述智能控制模块用于对其余各个模块进行控制；所述传送模块用于将固体废料传输到各个模块；所述固废分类模块包括分类单元，所述分类单元包括判断单元和特征提取单元，特征提取单元用于获取固体废料的第一光谱，以及将固体废料进行切割后的获取的第二光谱，所述判断单元用于基于第一光谱根据分类算法判断固体废料成分得到第一判断结果，基于第二光谱根据分类算法判断固体废料成分获取第二判断结果，根据第一、第二判断结果由下式可以得到初始判断结果的准确度指标： ； 其中，ZB是准确度指标；n是根据分类算法判断到第一判断结果包含的化学物质种类数；j是根据分类算法判断到第二判断结果中所包含的化学物质种类数；N是第一光谱中不同峰值的波峰个数；是第一光谱中的第i种波峰的峰值；是第二光谱中与第一光谱的第i种波峰的峰值差距最小的波峰的峰值；B是第二光谱中不同峰值的波峰个数,e是自然常数。 [0024] 具体的，将固体废料进行切割后的获取的第二光谱可由切割器对固体废料进行对半切割后，分别对切割后的两半固体废料进行光谱获取。 [0025] 具体的，可通过图像识别算法获取第一、第二光谱中光谱图像中不同峰值的波峰个数，切割后的两半固体废料获取得到总的不同峰值数为第二光谱中不同峰值的波峰个数。 [0026] 具体的，准确度指标越接近1，分类算法的精度越高。 [0027] 更进一步的，所述固废分类模块包括去粉尘单元、分类单元和分拣单元，所述去粉尘单元包括扫除装置和抽取装置，所述扫除装置用于扫落固体废料上的粉尘和颗粒物，所述抽取装置用于回收粉尘和颗粒物，所述分类单元用于对固体废料进行分类，所述分拣单元用于对分类后的固体废料分拣到所述固废处理模块。 [0028] 更进一步的，所述固废处理模块包括多个固废处理装置、运输车和储存装置，所述固废处理装置用于将固体废料转化为可利用材料，所述运输车用于将无法再利用的固体废料送到堆填区，所述储存装置用于储存所述固废处理装置所产生的可利用材料，所述储存装置包括称重装置，所述称重装置用于对材料进行称重。 [0029] 更进一步的，所述智能控制模块包括检测单元、参数监控单元、报告生成单元和警报单元，所述检测单元与所述传送模块信号互通，所述检测单元用于检测是否有物料被送到所述传送模块并控制所述传送模块的开启和关闭，所述参数监控单元用于监控所述固废收集模块、固废分类模块和固废处理模块的各个参数，所述报告生成单元用于生成可利用材料的产量报告，所述警报单元用于发出警报信号。 [0030] 更进一步的，所述分类单元包括光源、夹持单元、特征提取单元、判断单元、切割单元、归类单元和第一拍摄单元；所述光源用于对固体废料进行照射；所述夹持单元用于夹持固体废料，所述夹持单元包括多个大小不同的夹持件，所述夹持件用于夹持不同大小的固体废料；所述判断单元用于判断固体废料包含的化学物质种类；所述切割单元用于对固体废料进行切割；所述归类单元用于对固体废料进行归类；所述第一拍摄单元用于对固体废料进行拍摄；所述特征提取单元用于获取固体废料的光谱特征。 [0031] 更进一步的，所述化工业固废再利用智能自动处置系统的工作流程包括：S1,所述废料过滤装置对化工业工作所产生的废料进行过滤，所述固废收集装置从所述废料过滤装置中收集固体废料； S2,所述固废分类模块判断收集的固体废料所包含的化学物质种类，对固体废料进行切割后，通过准确度指标验证判断结果的准确度； S3,若准确度指标超出设定的阈值范围，则分类算法存在较大偏差，执行S4；反之，执行S5； S4,警报单元发出警报信号，工作人员对分类算法进行调整后，对固体废料进行二次切割和判断，并以三次判断中最接近的两次判断结果为依据对被切割后的固体废料进行归类，随后执行S6； S5,固废分类模块根据切割后的第一切割固废包含的化学物质对应的处理方式对第一切割固废进行归类，并根据切割后的第二切割固废包含的化学物质对应的处理方式对第二切割固废进行归类； S6,所述传送模块将归类后的固体废料送到所述固废处理模块的对应部分； S7,所述运输车将无法再利用的材料送到堆填区，所述储存装置对可利用材料进行储存并称重，所述报告生成单元生成可利用材料的产量报告。 [0032] 更进一步的，所述固废分类模块判断收集的固体废料所包含的化学物质种类包括以下步骤：S21,所述第一拍摄单元对固体废料进行拍摄； S22,所述判断单元根据所述第一拍摄单元的拍摄图像判断应该选用的夹持件的大小； 具体的，所述判断单元通过图像识别对固体废料的大小进行识别，更进一步的，通过计算机视觉技术，使夹持单元能够自动学习和适应不同形状和大小的固体废料所应采取的夹持方式，有利于提高夹持的稳定性； S23,所述夹持单元选择合适大小的夹持件将固体废料夹持到指定位置； S24,所述光源对固体废料进行照射，所述特征提取单元提取固体废料的光谱特征； S25,所述判断单元根据光谱特征判断固体废料的包含的化学物质种类。 [0033] 更进一步的，所述判断单元根据光谱特征判断固体废料的包含的化学物质种类包括以下步骤：S251,根据提取的光谱特征，通过分类算法判断固体废料包含的化学物质种类，得到第一判断结果； 具体的，分类算法可以为三维荧光光谱结合组合算法（ACM）或高光谱解混算法。 [0034] 具体的，本申请发现固体废料中几种化学物质混合程度高、某两种化学物质峰值过于相似、固体废料中的化学物质发生反应产生新物质（不属于训练数据）等等各种因素，所得到的初始判断结果，不一定是完全准确的。例如分类算法中的使用光谱中有j个峰值，但实际分类后再检测到只有n种物质，为避免该问题的发生，本申请设计了根据分类算法得到初始判断结果及分类后再测量得到的实测值获取准确度指标，获取分类精度情况来及时对分类算法进行相应调整，提高了系统的鲁棒性。 [0035] S252,将固体废料切割为第一切割固废以及第二切割固废；具体的，所述切割方式为均分切割，即将固体废料切割为体积近似相等的两部分； S253,获取第一切割固废以及第二切割固废的光谱作为第二光谱，通过分类算法对第二光谱进行判断，得到第二判断结果； S254,根据下式获取初始判断结果的准确度指标： ； 其中，ZB是准确度指标；n是根据分类算法判断到第一判断结果包含的化学物质种类数；j是根据分类算法判断到第二判断结果中所包含的化学物质种类数；N是第一光谱中不同峰值的波峰个数；是第一光谱中的第i种波峰的峰值；是第二光谱中与第一光谱的第i种波峰的峰值差距最小的波峰的峰值；B是第二光谱中不同峰值的波峰个数,e是自然常数。 [0036] 具体的，一种化学物质对应的光谱只有一种峰值，固体废料中一般包含多种化学物质，因此其光谱会产生多种峰值；本方案的有益效果：1，通过采用分类算法对固体废料所包含的化学物质进行判断，无需人工判断，提高了自动化程度以及安全性； 2，通过设置准确度指标对分类算法的结果进行验证，提高了判断的可靠性，为改进分类算法提供了数据支撑; 3，所述判断单元通过图像识别算法来对第一拍摄单元的拍摄图像进行识别，从而判断应该选用的夹持件，保证了每一个固体废料都被由与其大小匹配的夹持件夹持，避免了固体废料在被夹持过程中掉落，还提高了系统的自动化程度； 4，先判断固体废料里所包含的化学物质种类，再根据处理方式对固体废料进行归类，通过采用这种流程，相比于传统的处理方式，无需对每个固体废料按照化学物质进行拆分，大大降低了系统所需的工序，有利于提高处理效率。 [0037] 实施例二：本实施例应当理解为包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，所述归类单元对固体废料进行归类包括以下步骤：第一步，根据下式判断固体废料中每一种化学物质的占比： = ; 其中，是固体废料中第i种化学物质的占比，X是固体废料的光谱中的波峰总个数；是在固体废料的光谱中，能够被分类算法用于判断第i种化学物质所对应的波峰的数量； 第二步，按 从大到小的顺序对化学物质进行排列，得到序列[ ]； 第三步，判断单元通过连接数据库获取 的现有处理方式中对环境有害的物质产量最小的处理方式，若有若干个有害的物质产量最小的处理方式，则在其中选择可利用材料产量最高的处理方式； 第四步，判断单元判断该处理方式是否与固体废料中其他化学物质的处理方式冲突，若否，则根据最佳处理方式进行归类，若是，则归类为待拆分废料。 [0038] 具体的，若根据最佳处理方式进行归类则可归类为磁选、溶解、焚烧等类别，并送到能实现对应处理的固废处理装置中；若为待拆分废料，则会被送到固废处理装置中的能实现拆分处理的装置中。 [0039] 本实施例的有益效果：能够按照固体废料内化学物质的占比对固体废料进行归类并找到固体废料的合适处理方式，并对可能造成危险的处理方式进行排除，提高了系统的安全性以及智能化程度。 [0040] 以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。 |
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