中小城市(城鎮(zhèn))垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究
1 前言
以長江三角洲和珠江三角洲地區(qū)為代表的小城鎮(zhèn)是我國城市化進程的主流。與大中城市相比，它們的共同特點是經(jīng)濟發(fā)展快，人口密度較小，城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后。南方沿海部分城市的實地考察和調(diào)研表明[1]，我國城鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)建設(shè)及設(shè)備配置現(xiàn)狀令人擔憂，其建設(shè)與運營管理整體水平距大中城市相差甚遠。具體表現(xiàn)在[2，3]：沒有全面、長遠的垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)劃，垃圾轉(zhuǎn)運站的建設(shè)與運營管理隨意性大；垃圾轉(zhuǎn)運設(shè)施與設(shè)備的投入不足，設(shè)施結(jié)構(gòu)簡陋，轉(zhuǎn)運過程存在一定程度的二次污染；盲目套用大城市垃圾轉(zhuǎn)運模式及設(shè)施、設(shè)備的配置方式，造成大馬拉小車，好看不中用的尷尬局面；在條件較好的城鎮(zhèn)，存在追求轉(zhuǎn)運系統(tǒng)小而全的現(xiàn)象，在轉(zhuǎn)運站內(nèi)配置備用車輛、機修間，甚至生活輔助設(shè)施，導致投資效益降低；機械設(shè)備型號、規(guī)格混亂，沒有通用性和規(guī)范化，不便于建設(shè)與運行管理。
2 垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)及轉(zhuǎn)運站的基本功能與要求
轉(zhuǎn)運系統(tǒng)是垃圾源頭管理系統(tǒng)與無害化處理及資源回收系統(tǒng)之間的重要銜接部分[4]。一方面，其上游的源頭管理系統(tǒng)需要適當?shù)氖者\系統(tǒng)與之配合，提供源頭垃圾的疏排途經(jīng)；另一方面，其下游的無害化處理及資源回收系統(tǒng)又對收運系統(tǒng)提出了相應要求，甚至限制條件。
垃圾轉(zhuǎn)運站則是該系統(tǒng)主題設(shè)施和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因為它的選點、規(guī)模、類型、結(jié)構(gòu)，以及轉(zhuǎn)運工藝技術(shù)特點，不僅直接決定了垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)功能狀態(tài)及所需的建設(shè)投資，而且會影響系統(tǒng)上下游相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)與運行。因此，進行垃圾轉(zhuǎn)運站規(guī)劃設(shè)計時，必須考慮轉(zhuǎn)運方式對其前后相關(guān)工藝或工序的協(xié)調(diào)，尤其是對下游轉(zhuǎn)運車輛的數(shù)量、規(guī)模及裝、卸料形式等要求。一般情況下，在進行轉(zhuǎn)運站設(shè)計時通？紤]的兩個問題是滿足基本轉(zhuǎn)運能力和減少建設(shè)投資。但是，一個技術(shù)先進、配置合理、適應未來發(fā)展要求的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，可能比一次投資較少、滿足當前要求的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)更具長效經(jīng)濟性和較好的綜合效益。
3 中小城市(城鎮(zhèn))垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)及設(shè)備配置模式
3.1垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)及設(shè)備基本模式
基于系統(tǒng)管理和資源合理配置的要求，以及對城鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備配置的合理性和實用性的全面考慮，確定垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)及設(shè)備基本思路為：遵循模塊化設(shè)計理念設(shè)定垃圾轉(zhuǎn)運模式——即轉(zhuǎn)運系統(tǒng)設(shè)計及車輛配置不能限于追求局部或單一環(huán)節(jié)的最優(yōu)，而應按照規(guī)范化和通用性的基本原則，在垃圾轉(zhuǎn)運站的設(shè)計中，采用成熟、成套的技術(shù)及同規(guī)格(參數(shù))設(shè)備，由其組合構(gòu)建轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主體設(shè)施及輔助設(shè)施，以求項目建設(shè)階段的高速、高效和運行管理過程的方便、經(jīng)濟[5]。
3.2轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的框架體系
垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)按照其結(jié)構(gòu)特征及相應功能可劃分為三個層次：作業(yè)單元、轉(zhuǎn)運站和轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。作業(yè)單元是指完成垃圾轉(zhuǎn)運這一特定功能的基本組合，在該單元中最少需要一臺填裝機，一套受料/載運設(shè)備(如一臺車底盤和兩個箱體)；轉(zhuǎn)運站是由若干作業(yè)單元構(gòu)成，服務(wù)于特定區(qū)域且具備一定規(guī)模能力的垃圾轉(zhuǎn)運設(shè)施；而轉(zhuǎn)運系統(tǒng)則指其服務(wù)區(qū)域內(nèi)的若干垃圾轉(zhuǎn)運站合理布局和可靠運行的功能組合，即多個作業(yè)單元組成轉(zhuǎn)運站，多個轉(zhuǎn)運站又組成轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。車輛包括作業(yè)車輛和備用車輛，作業(yè)車輛是指維持系統(tǒng)內(nèi)正常運行所需要的轉(zhuǎn)運車輛，備用車輛則是指系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障時或系統(tǒng)發(fā)生變化時具備替換或調(diào)整功能的作業(yè)車輛。
設(shè)備配置的原則和要求是，既要滿足單元、設(shè)施和系統(tǒng)三個層次的功能要求，保證連續(xù)作業(yè)，防止設(shè)備堵塞、垃圾撒落；又要盡量節(jié)省投資，提高效率，并增強風險抵御能力。具體方法是，運用模塊化設(shè)計理念，以專業(yè)模塊構(gòu)成的作業(yè)單元實現(xiàn)垃圾轉(zhuǎn)運基本工藝要求，在此基礎(chǔ)上進行科學的多單元整合與多種技術(shù)的有效集成，以滿足轉(zhuǎn)運設(shè)施的要求，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)內(nèi)技術(shù)與設(shè)備的合理配置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。
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圖 垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)模塊化設(shè)計層次結(jié)構(gòu)
3.3轉(zhuǎn)運設(shè)備的選型設(shè)計
作為中轉(zhuǎn)運輸?shù)膶Ｓ密囕v，常用規(guī)格有5噸(容積：8～10m3)，8噸(容積：12～16m3)、12～16噸(容積：16～24m3)等幾類。對中小城市(城鎮(zhèn))而言，運距和運輸量都不大，大多宜選用中型車輛作為二次運輸工具。
按車輛運輸過程中，箱體是否可密閉，可分為敞開式、半封閉式和封閉式3種；按轉(zhuǎn)運時垃圾是否經(jīng)過壓縮，車輛可分為壓縮式轉(zhuǎn)運車輛和非壓縮式轉(zhuǎn)運車輛；按車箱的結(jié)構(gòu)形式，可分為車箱一體式和車箱分離式等。
車輛的基本功能、構(gòu)造形式都會隨著需求水平提高和實踐完善程度而發(fā)展。目前，垃圾轉(zhuǎn)運車的底盤、密封式箱體和填裝機三分離的成套設(shè)備是最受歡迎的垃圾轉(zhuǎn)運組合形式之一。它的特點是組合靈活，轉(zhuǎn)運效率高，能有效防治二次污染，較適合組建不同規(guī)模的城鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。
在車輛選型時，還要考慮車輛接收、卸料和后續(xù)工藝的要求。如果后續(xù)環(huán)節(jié)具有分選及回收功能，則運輸容器的填裝壓縮比不宜太大，以2∶1左右為佳。載運容器的物料密度太小，會造成車輛運輸能力過剩，經(jīng)濟上不合算；反之，過度壓縮，雖然能提高運輸效率，但又可能導致進一步分選、回收困難。
3.4各個層次設(shè)備配置
3.4.1作業(yè)單元設(shè)備配置
一個最小的作業(yè)單元需要配置一臺填裝機，一輛作業(yè)車輛底盤和兩個箱體。
3.4.2轉(zhuǎn)運站的設(shè)備配置
根據(jù)作業(yè)單元的工作效率和系統(tǒng)單元的處理能力，確定作業(yè)單元的個數(shù)m和作業(yè)車輛底盤個數(shù)n(其中n≤m)，則轉(zhuǎn)運系統(tǒng)應配置箱體個數(shù)為n+m-1，其中每個作業(yè)單元配置一臺填裝機，即填裝機為m個。
3.4.3轉(zhuǎn)運站設(shè)計規(guī)模與作業(yè)單元數(shù)量確定
轉(zhuǎn)運站設(shè)計規(guī)模Q設(shè)由若干相同的作業(yè)單元轉(zhuǎn)運能力Q單元構(gòu)成。作業(yè)單元數(shù)量n依據(jù)轉(zhuǎn)運站的理論設(shè)計規(guī)模Q設(shè)’和作業(yè)單元轉(zhuǎn)運能力Q單元的商取整；Q設(shè)’以轉(zhuǎn)運站的保證轉(zhuǎn)運能力Q0為基礎(chǔ)，并考慮季節(jié)性等因素K波動的影響。即：
Q設(shè)’=K波動•Q0(1)
n=[Q設(shè)’/Q單元](2)
Q設(shè)=n*Q單元(3)
式中，[]為高斯取整函數(shù)符號。
3.4.4轉(zhuǎn)運系統(tǒng)規(guī)模能力設(shè)計
以上配置是以設(shè)備的正常運行為前提，但實際工程中不可避免存在設(shè)備故障或外部條件(水、電等)變化等問題。因此，轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的設(shè)備配置必須考慮非正常情況下仍能保持其基本功能，也就是說從系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和抗風險能力出發(fā)考慮各個環(huán)節(jié)的銜接及設(shè)備配置，進行轉(zhuǎn)運系統(tǒng)備用生產(chǎn)能力和抗風險能力的整體配置，即系統(tǒng)內(nèi)的所有轉(zhuǎn)運站共同使用數(shù)臺備用車輛。同理，考慮到城鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)轄區(qū)面積不大、轉(zhuǎn)運站規(guī)模有限、運距不遠的特點，原則上轉(zhuǎn)運系統(tǒng)只需一個車輛維修點，甚至取消自備維修點，將此項工作社會化。
因此，轉(zhuǎn)運系統(tǒng)規(guī)模能力應該是系統(tǒng)內(nèi)所有轉(zhuǎn)運站設(shè)計轉(zhuǎn)運能力Q設(shè)與系統(tǒng)備用設(shè)備轉(zhuǎn)運能力Q備之和，即
Q系=Q設(shè)+Q備(4)
4 垃圾轉(zhuǎn)運站方案優(yōu)化設(shè)計實例
某市中心城區(qū)面積172平方公里；現(xiàn)狀人口總數(shù)54.53萬(2002年10月)；日排放生活垃圾400余噸。預測2010年，轄區(qū)服務(wù)人口達60萬，垃圾收集、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)應具備日消納800噸垃圾的能力。中心城區(qū)轉(zhuǎn)運站由城區(qū)周邊的五個中等規(guī)模垃圾轉(zhuǎn)運站和一個中小型水陸兩用垃圾轉(zhuǎn)運站構(gòu)成[2]。
經(jīng)調(diào)研及綜合分析，決定采用工藝較成熟，操作可靠，維修簡易，成本較低的固定式直接填裝式轉(zhuǎn)運模式。該方案將壓縮裝置、箱體、車底盤三者分離，尤其是一車多箱的配置，既有操作的靈活性，縮短了車輛等待裝填的時間，又減少了車輛的數(shù)量和周轉(zhuǎn)次數(shù)，大量節(jié)省了轉(zhuǎn)運站的投資和運營成本。
該系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)運站主要技術(shù)參數(shù)如表所示。
表 中心城區(qū)垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)(轉(zhuǎn)運站)的設(shè)施規(guī)模及設(shè)備配置方案 |
5 結(jié)束語
本研究范例是針對典型城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)而言，對于發(fā)展中的中小城市與小城鎮(zhèn)有參考作用與借鑒意義。
當若干鎮(zhèn)區(qū)進行區(qū)域性劃分或整合后，再采用上述模式和方法進行城鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)設(shè)計時，可以看做是多個轉(zhuǎn)運子系統(tǒng)的科學組合。此時，整個系統(tǒng)將由三個層次擴展為作業(yè)單元、轉(zhuǎn)運站、轉(zhuǎn)運子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)運調(diào)控總系統(tǒng)的四個層次。
應該認識到，垃圾轉(zhuǎn)運設(shè)施與設(shè)備作為一種廣義的資源，既可作為物質(zhì)條件存在，又是技術(shù)進步的表現(xiàn)。其優(yōu)化組合的意義不僅僅是優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟指標、節(jié)省投資，更重要的是合理利用各類資源，防治二次污染，保護生態(tài)環(huán)境，以求長遠的綜合效益。因此，有必要對這些細節(jié)進行深入探討和研究。
參考文獻：
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