中小城市(城镇)垃圾转运系统优化设计研究
1 前言
以长江三角洲和珠江三角洲地区为代表的小城镇是我国城市化进程的主流。与大中城市相比，它们的共同特点是经济发展快，人口密度较小，城镇基础设施建设相对滞后。南方沿海部分城市的实地考察和调研表明[1]，我国城镇垃圾转运系统建设及设备配置现状令人担忧，其建设与运营管理整体水平距大中城市相差甚远。具体表现在[2，3]：没有全面、长远的垃圾转运系统的建设规划，垃圾转运站的建设与运营管理随意性大；垃圾转运设施与设备的投入不足，设施结构简陋，转运过程存在一定程度的二次污染；盲目套用大城市垃圾转运模式及设施、设备的配置方式，造成大马拉小车，好看不中用的尴尬局面；在条件较好的城镇，存在追求转运系统小而全的现象，在转运站内配置备用车辆、机修间，甚至生活辅助设施，导致投资效益降低；机械设备型号、规格混乱，没有通用性和规范化，不便于建设与运行管理。
2 垃圾转运系统及转运站的基本功能与要求
转运系统是垃圾源头管理系统与无害化处理及资源回收系统之间的重要衔接部分[4]。一方面，其上游的源头管理系统需要适当的收运系统与之配合，提供源头垃圾的疏排途经；另一方面，其下游的无害化处理及资源回收系统又对收运系统提出了相应要求，甚至限制条件。
垃圾转运站则是该系统主题设施和关键环节。因为它的选点、规模、类型、结构，以及转运工艺技术特点，不仅直接决定了垃圾转运系统功能状态及所需的建设投资，而且会影响系统上下游相关系统的建设与运行。因此，进行垃圾转运站规划设计时，必须考虑转运方式对其前后相关工艺或工序的协调，尤其是对下游转运车辆的数量、规模及装、卸料形式等要求。一般情况下，在进行转运站设计时通常考虑的两个问题是满足基本转运能力和减少建设投资。但是，一个技术先进、配置合理、适应未来发展要求的转运系统，可能比一次投资较少、满足当前要求的转运系统更具长效经济性和较好的综合效益。
3 中小城市(城镇)垃圾转运系统及设备配置模式
3.1垃圾转运系统及设备基本模式
基于系统管理和资源合理配置的要求，以及对城镇垃圾转运系统设计及设备配置的合理性和实用性的全面考虑，确定垃圾转运系统及设备基本思路为：遵循模块化设计理念设定垃圾转运模式——即转运系统设计及车辆配置不能限于追求局部或单一环节的最优，而应按照规范化和通用性的基本原则，在垃圾转运站的设计中，采用成熟、成套的技术及同规格(参数)设备，由其组合构建转运系统主体设施及辅助设施，以求项目建设阶段的高速、高效和运行管理过程的方便、经济[5]。
3.2转运系统的框架体系
垃圾转运系统按照其结构特征及相应功能可划分为三个层次：作业单元、转运站和转运系统。作业单元是指完成垃圾转运这一特定功能的基本组合，在该单元中最少需要一台填装机，一套受料/载运设备(如一台车底盘和两个箱体)；转运站是由若干作业单元构成，服务于特定区域且具备一定规模能力的垃圾转运设施；而转运系统则指其服务区域内的若干垃圾转运站合理布局和可靠运行的功能组合，即多个作业单元组成转运站，多个转运站又组成转运系统。车辆包括作业车辆和备用车辆，作业车辆是指维持系统内正常运行所需要的转运车辆，备用车辆则是指系统某一环节发生故障时或系统发生变化时具备替换或调整功能的作业车辆。
设备配置的原则和要求是，既要满足单元、设施和系统三个层次的功能要求，保证连续作业，防止设备堵塞、垃圾撒落；又要尽量节省投资，提高效率，并增强风险抵御能力。具体方法是，运用模块化设计理念，以专业模块构成的作业单元实现垃圾转运基本工艺要求，在此基础上进行科学的多单元整合与多种技术的有效集成，以满足转运设施的要求，进而实现转运系统内技术与设备的合理配置。系统结构如图所示。
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图 垃圾转运系统模块化设计层次结构
3.3转运设备的选型设计
作为中转运输的专用车辆，常用规格有5吨(容积：8～10m3)，8吨(容积：12～16m3)、12～16吨(容积：16～24m3)等几类。对中小城市(城镇)而言，运距和运输量都不大，大多宜选用中型车辆作为二次运输工具。
按车辆运输过程中，箱体是否可密闭，可分为敞开式、半封闭式和封闭式3种；按转运时垃圾是否经过压缩，车辆可分为压缩式转运车辆和非压缩式转运车辆；按车箱的结构形式，可分为车箱一体式和车箱分离式等。
车辆的基本功能、构造形式都会随着需求水平提高和实践完善程度而发展。目前，垃圾转运车的底盘、密封式箱体和填装机三分离的成套设备是最受欢迎的垃圾转运组合形式之一。它的特点是组合灵活，转运效率高，能有效防治二次污染，较适合组建不同规模的城镇垃圾转运系统。
在车辆选型时，还要考虑车辆接收、卸料和后续工艺的要求。如果后续环节具有分选及回收功能，则运输容器的填装压缩比不宜太大，以2∶1左右为佳。载运容器的物料密度太小，会造成车辆运输能力过剩，经济上不合算；反之，过度压缩，虽然能提高运输效率，但又可能导致进一步分选、回收困难。
3.4各个层次设备配置
3.4.1作业单元设备配置
一个最小的作业单元需要配置一台填装机，一辆作业车辆底盘和两个箱体。
3.4.2转运站的设备配置
根据作业单元的工作效率和系统单元的处理能力，确定作业单元的个数m和作业车辆底盘个数n(其中n≤m)，则转运系统应配置箱体个数为n+m-1，其中每个作业单元配置一台填装机，即填装机为m个。
3.4.3转运站设计规模与作业单元数量确定
转运站设计规模Q设由若干相同的作业单元转运能力Q单元构成。作业单元数量n依据转运站的理论设计规模Q设’和作业单元转运能力Q单元的商取整；Q设’以转运站的保证转运能力Q0为基础，并考虑季节性等因素K波动的影响。即：
Q设’=K波动•Q0(1)
n=[Q设’/Q单元](2)
Q设=n*Q单元(3)
式中，[]为高斯取整函数符号。
3.4.4转运系统规模能力设计
以上配置是以设备的正常运行为前提，但实际工程中不可避免存在设备故障或外部条件(水、电等)变化等问题。因此，转运系统的设备配置必须考虑非正常情况下仍能保持其基本功能，也就是说从系统运行稳定性和抗风险能力出发考虑各个环节的衔接及设备配置，进行转运系统备用生产能力和抗风险能力的整体配置，即系统内的所有转运站共同使用数台备用车辆。同理，考虑到城镇垃圾转运系统辖区面积不大、转运站规模有限、运距不远的特点，原则上转运系统只需一个车辆维修点，甚至取消自备维修点，将此项工作社会化。
因此，转运系统规模能力应该是系统内所有转运站设计转运能力Q设与系统备用设备转运能力Q备之和，即
Q系=Q设+Q备(4)
4 垃圾转运站方案优化设计实例
某市中心城区面积172平方公里；现状人口总数54.53万(2002年10月)；日排放生活垃圾400余吨。预测2010年，辖区服务人口达60万，垃圾收集、转运系统应具备日消纳800吨垃圾的能力。中心城区转运站由城区周边的五个中等规模垃圾转运站和一个中小型水陆两用垃圾转运站构成[2]。
经调研及综合分析，决定采用工艺较成熟，操作可靠，维修简易，成本较低的固定式直接填装式转运模式。该方案将压缩装置、箱体、车底盘三者分离，尤其是一车多箱的配置，既有操作的灵活性，缩短了车辆等待装填的时间，又减少了车辆的数量和周转次数，大量节省了转运站的投资和运营成本。
该系统及其转运站主要技术参数如表所示。
表 中心城区垃圾转运系统(转运站)的设施规模及设备配置方案 |
5 结束语
本研究范例是针对典型城镇基础设施建设而言，对于发展中的中小城市与小城镇有参考作用与借鉴意义。
当若干镇区进行区域性划分或整合后，再采用上述模式和方法进行城镇垃圾转运系统设计时，可以看做是多个转运子系统的科学组合。此时，整个系统将由三个层次扩展为作业单元、转运站、转运子系统和转运调控总系统的四个层次。
应该认识到，垃圾转运设施与设备作为一种广义的资源，既可作为物质条件存在，又是技术进步的表现。其优化组合的意义不仅仅是优化技术经济指标、节省投资，更重要的是合理利用各类资源，防治二次污染，保护生态环境，以求长远的综合效益。因此，有必要对这些细节进行深入探讨和研究。
参考文献：
[1]陈海滨，等.中山市中心城区垃圾转运系统(转运站)调整、扩建可行性研究[R].武汉：华中科技大学环境学院，2003205.
[2]陈海滨，等.中山市市域垃圾处理设施建设布局研究[J].环境卫生工程，2000，8(3)：93-96.
[3]刘晶昊，熊小玲1沿海地区小城镇环卫设施布局规划研究[A].第一届国际固体废物处理技术与设备研讨会论文集[C].北京：中国城市环境卫生协会，2002-05.171-173.
[4] Georage Tchobanoglous , Hilary Theisen , Samnle Vigil. Integrated Solid Waste Management : Engineering Principles and Management Issues[M].Beijing : Tsinghua University press ,2000. 325-360.
[5]陈海滨,等. 城镇垃圾转运站模块化设计研究[J].环境卫生工程,2003 ,11 (2) :97-100.
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