（真空管道垃圾收集系統）氣力管道輸送在垃圾收運領域的應用研究
摘要
氣力管道輸送應用於垃圾收運在國內尚處於起步階段, 開發該項技術目前還存在一定的技術困難, 但若該技術能在環境領域成功應用, 它將完全改變傳統的垃圾收運模式, 大大提高垃圾收集的效率, 減小垃圾收運過程中對環境造成的影響。 本文主要對該技術的優勢及在國內應用的技術困難進行探討, 並在此基礎上提出瞭解決方法。
物料的氣力管道輸送技術源起於 1810 年 ,100 多年來氣力輸送得到了長足的發展 。近年來 ,國內在交通運輸、建築材料、電力 、化學 、冶金、採礦、鑄造等工業部門的應用日益增多 。但在國外 ,氣力管道輸送技術早已擴充套件到城市衛生和公用事業領域,尤其是真空管道垃圾輸送技術在城市垃圾的收運領域的應用。真空氣力管道垃圾輸送系統的工作原理為:在系統末端裝有引風機械 , 當風機運轉時,整個系統內部形成負壓, 使管道內外形成壓差 ,空氣被吸入管道;同時, 物料也被空氣帶入管道,被輸送至分離器 ,在此物料與空氣分離;分離出的物料由卸料器卸出 , 空氣則被送到除塵器淨化 ,然後排放 。
真空管道垃圾收集系統在國外應用十分廣泛且技術已經相對成熟 。該系統在歐洲城市新建區及衛星城 、世博會、體育運動村等大型城市發展區較為普遍使用, 西班牙、葡萄牙兩國使用氣力管道輸送生活垃圾的普及率都已達到 10%～ 20%。該系統在亞洲的應用主要集中在日本 、新加坡和香港。日本主要採用三菱的系統,將焚燒廠周邊地區的垃圾直接輸送到焚燒廠 ,例如東京灣和橫濱 ;新加坡和香港都有用歐洲的系統 ,國內的上海浦東國際機場和廣州市白雲新國際機場也都採用該系統；另外廣州東塔(周大福金融中心），廣州珠江新城珠江城大廈，廣州廣晟國際大廈和廣州銀行大廈，這些高階寫字樓採用的真空垃圾管道收集系統都是由普慧環保全程提供設計，供貨，安裝服務。
1 垃圾收運技術現狀
城市垃圾收運是一項相當複雜、繁瑣且耗資較大的工程 。一般而言, 生活垃圾收運系統由收集 、運輸 、處理 3 個部分組成 。目前國內外城市垃圾收運方式主要可分為三種 :①垃圾車流動收集;②收集站收集;③氣力管道收集。國內主要採用前兩種。
1. 1 垃圾車流動收集垃圾車流動收集:指利用垃圾車如後轉垃圾車、側裝垃圾車等對分散於各收集點的垃圾進行收集, 收集後的垃圾直接或經中轉站再運往垃圾處理場。它適用於人口密度低、車輛可方便進出的地區, 如一些中 、小型城市和大城市的周邊地區等。
優點 :靈活性大 ;垃圾的收集點可隨時變更;執行費用較低缺點 :收集點分佈較散導致收集效率低 ;垃圾堆放時間長,對收集點周圍的環境影響較大 ;存在二次汙染 ;垃圾受天氣影響明顯
1. 2 收集站收集收集站收集 :指利用設立於垃圾產生區域的固定收集房來進行垃圾收集 ,周圍的生活垃圾通過人力、機動小車收集, 然後由大型垃圾車將固定站中的垃圾直接或經大型中轉站再運往垃圾處理場 。它適用於人口密度高 、區內道路狹小的城區 , 如一些未改建的老城區及一般市區 ,它是目前國內大中型城市最常用的收集方式。
優點 :提高了集裝箱中的垃圾裝載量;提高了運輸的經濟性 ;垃圾實現了袋裝化 、密閉化 ,對周圍環境影響較小缺點 :在中轉過程中存在二次汙染 。
1. 3 氣力管道收集氣力管道收集,指通過預先鋪設好的管道系統,利用負壓技術將生活垃圾抽送至中央垃圾收集站,再由壓縮車運送至垃圾處置場, 見圖 1。
它是國外發達國家近年來發展的一種高效 、衛生的垃圾收集方法。它主要適用於高層公寓樓房、現代化住宅密集區、商業密集區及一些對環境要求較高地區。
優點 :
(1)垃圾流密封 、隱蔽和人流完全隔離,有效地杜絕了收集過程中的二次汙染 ,包括臭味、蚊蠅、噪音和視覺汙染;
(2)顯著降低垃圾收集勞動強度, 提高收集效率,優化環衛工人勞動環境;
(3)取消手推車 、垃圾桶、籮筐等傳統垃圾收集工具 ,基本避免了垃圾運輸車輛穿行於居住區 ,減輕交通壓力和環境汙染;
(4)垃圾收集、壓縮可以全天候自動執行 ,垃圾成分不受雨季影響 , 有利於填埋場、焚燒廠的穩定執行 ;
(5)可利用一套公共管道收集系統自動分別收集可回收和不可回收垃圾 。
缺點 :一次性投資大 ;對系統的維護和管理要求較高。從比較我們可以看出 ,由於氣力管道輸送垃圾系統建設和執行費用昂貴 ,目前在國內的應用範圍十分有限, 但它在開發區、奧運村 、高層住宅小區 、別墅群、飛機場 、大型遊樂場等地區應用優勢明顯 。
2 真空管道輸送垃圾的關鍵引數真空管道輸送垃圾系統的典型原理見圖 2 。
通常在建築物的每層樓內設定一個直徑 50mm 左右的垃圾投放口 , 緊靠垃圾投放口, 設立一條垂直的垃圾管道,其底端設有垃圾卸料閥, 它與埋在地面下的水平管道相連。當垃圾達到一定數量後, 中央控制檯發出訊號, 垃圾卸料閥被開啟, 垃圾卸料閥開啟 10s左右, 垃圾迅速往前運動一段距離便停下來 ,這時通風口上的空氣控制閥門被開啟, 抽吸垃圾在管道中順序前進間隔約數 10m ,最終進入中央垃圾收集站
2. 真空管道輸送垃圾系統結合傳統氣力輸送技術及輸送物料 - 垃圾的特殊性, 本文提出其設計關鍵引數 。
(1)管道中垃圾與空氣的輸送比[ 2], 指垃圾與空氣的重量流量比 ,即流過管道截面的物料與空氣的流量比 。它表示要輸送的垃圾量與所需空氣量之間的數量關係。輸送比越大,對輸送能力是有利的;但輸送比過大 ,在同樣氣流速度下可能產生堵塞, 且要求輸送壓力增高, 這有可能超過抽風機的吸氣壓力 ,因此,輸送比受垃圾的物理性質和輸送條件等因素的控制。輸送比的大小決定了氣力輸送的形式 ,當輸送比大於 20 ∶1 時 ,為密相輸送,小於則為稀相輸送 。根據國外的相關資料 ,經驗得出垃圾與空氣的最佳輸送比為 10∶1。
(2)輸送管道中氣流速度 ,根據垃圾量和輸送比可以算出輸送管道中的氣流速度 ,它是選擇風機的關鍵引數。類比國內外經驗資料 ,對於住宅區一般取每戶日平均垃圾量為 3kg ;非住宅建築區則一般取每 1000m 2 建築面積平均垃圾量為 28kg ,根據服務戶數和麵積確定每日垃圾量, 從而算出氣流速度。輸送管道中氣流速度的大小決定了管道中的運動流型 ,氣流速度必須大於垃圾的懸浮速度很多,才能保證垃圾不致停滯在管底而產生堵塞 ;但輸送速度過高會加劇管件的磨損, 增大動力消耗。
(3)管內混合物的比重 ,它是管內單位體積內物料的重量與管內單位體積內的空氣量的和 。
3 真空管道輸送垃圾的技術困難
(1)輸送管道的管徑 , 在傳統的氣力輸送系統中,管徑一般在 200mm 以內 , 輸送物料的平均直徑一般在 50mm 以內 , 而由於生活垃圾的平均直徑一般都在 100 ～ 150mm 左右 , 因此其管徑要遠大於傳統管徑, 大約為 500mm 。在 500mm 的管徑中利用負壓吸送 100 ～ 150mm 粒徑的物料, 動力系統如何保證是一大技術難題 。
(2)彎管磨損,在管道彎曲部分,垃圾將和管道外側壁發生碰撞並減速,在一般情況下,管道曲率越大,碰撞越激烈,減速也越大,因此在彎管處會對管壁造成嚴重磨損,長期磨損一段時間後會引發管道漏氣。
(3)管道的堵塞, 主要有兩種情況容易引起管道堵塞:①在彎管處 ,垃圾與管壁碰撞減速,容易引起垃圾聚集,造成堵塞;②由於人為的因素,將一些非生活垃圾投入垃圾管道 ,使得輸送管道內的比重增大 ,超出真空管道的輸送能力, 利用氣力無法收集而造成堵塞。
(4)輸送距離, 傳統氣力輸送的距離一般為幾百米 ,為提高真空管道垃圾輸送系統的收集效率和建設成本 ,從國外的經驗得出 ,真空管道輸送垃圾的最長距離可達 2km , 如此長的輸送距離將給整個系統的正常執行帶來困難 。
4 解決方案
對於真空管道收運垃圾這樣一個複雜系統, 要想設計該系統並使其穩定執行並不容易。它受到以上這些制約因素的影響。對此本文提出一些相關的解決方案 。
(1)根據管道中垃圾與空氣的輸送比、每日垃圾的收集量及垃圾的平均混合密度可以計算出輸送管道中的氣流速度。
(2)根據管網的佈置及後續處理裝置的相關引數計算管道中的壓力損失,它包括沿程壓力損失和區域性壓力損失 。
(3)根據氣流速度和管道總壓損選擇抽風機的功率及型號。
(4)由於垃圾的摩擦係數較大 ,在彎管的磨損很大 ,須採用大轉彎半徑的彎管並在轉彎處加粗壁厚, 或採用 T 型盲管 [ 3] 。
(5)在整個收集管網中 ,每隔 50m 設定一個檢查井和風速測試管 ,通過對風速的測試確定管道是否堵塞, 一旦出現堵塞便可通過檢查井排除堵塞 。
(6)控制垃圾排放量, 使其小於系統的額定抽吸量 ,將每條連入幹管的支管用分路器阻隔開 , 每一條支路中的垃圾單獨抽吸 ,以防各支路垃圾同時匯入總管造成堵塞 。
5 應用例項與前景
真空管道垃圾收集系統在國外的應用範圍很廣。垃圾的整個收運過程完全實行自動化 ,垃圾收集方便快捷乾淨 。面對真空垃圾收集系統在國外的應用現狀與優勢 ,在國內開發研究勢在必行。在國內大規模的使用真空管道垃圾收運系統將是國內垃圾收集領域的一次突破 ,一次飛越 。