论文部分内容阅读
【摘 要】 本文就当前国内大型生活垃圾转运站的主体工艺及特点进行了简析，并针对生活垃圾混合收运的现状和垃圾的地域性差异，结合后续不同垃圾处理方式的核心需求，提出分选转运的优化方案。
【关键词】 工艺流程;工艺优化;工艺设备
1.工艺简析
目前国内大型（Ⅰ、Ⅱ类[1]）转运站主要采用压缩工艺，按照垃圾压缩方向分为立式（垂直）和卧式（水平）压缩，卧式（水平）压缩按照压缩仓位不同又可分为直压式和预压式。
1.1立式（垂直）压缩
立式（垂直）压缩系统如图1[2]所示。圆筒状的容器由底盘装配钢丝绳牵引系统的转运车竖直放置至泊位，垃圾经溜槽落入容器，在重力的作用下初步自压缩。容器装满，压实器沿水平轨道移动至容器上方，液压推头沿铅垂方向对其内的垃圾进行压缩后提升复位，继续填充、压缩垃圾，如此循环往复，直至容器内垃圾填充量达到设定值（物位/重量）为止。压实器移动至下一容器泊位处，满载容器关闭盖门后由转运车自泊位取下，运往垃圾处置设施[3]。
图1
立式（垂直）压缩系统具有设备布置紧凑，能耗低，一机多箱配置（常规一套压实器可配备4～6处容器泊位）可多点位同步卸料，压缩过程中垃圾反弹小，无散落，渗沥液无外泄等特点，其不足之处在于对建筑物高程空间和结构承载力要求较高，容器和转运车均采用非标设计，与国内其他常规转运机具通用性、兼容性低[4]。
1.2卧式（水平）压缩
卧式（水平）压缩系统采用集装箱作为垃圾填装容器，为便于不同品牌转运车之间的通用性、兼容性，常规采用国际标准尺寸集装箱，目前使用的集装箱规格主要为1A型40ft（12192mm）、1B型30ft（9125mm）和1C型20ft（6058mm）3种[4]。
1.2.1直压式
直压式压缩系统如图2[2]所示。集装箱通过底盘装配液压钩臂系统的转运车与压缩机水平对接，并由压缩机的液压机构锁紧固定并开启进料闸门。垃圾自压缩机顶部料斗落下，经水平往复运动的液压推头循环推入集装箱中，直至集装箱内垃圾填充量达到设定值（重量/系统压力）时，进料闸门关闭，压缩机锁紧机构卸压，集装箱与压缩机脱离，由转运车运往垃圾处置设施。
图2
直压式压缩系统工艺成熟，操作简单，占地面积和建筑高度较小，运输方式兼容性强，但同时存在液压推头行程短，压缩比较小，压缩过程中垃圾反弹较大，易在集装箱与压缩机脱离时自箱机对接处散落，集装箱长期受压易发生变形，造成密封不严而导致运输过程中渗沥液、臭气外泄等不足之处[4]。
1.2.2预压式
预压式压缩系统外置与集装箱相同尺寸的预压缩仓，垃圾落入压缩机后首先在預压缩仓内压缩成包，待集装箱与预压缩仓对接锁紧后，由液压推头一次性推入集装箱内。[5]
与直压式相比，预压式压缩系统虽然占地面积较大，但同时具有压缩比高，压缩过程密封独立完成，垃圾散落、臭气外泄现象少，可精确计量垃圾压缩及装箱量，垃圾存贮能力增强等特点。
1.3应用局限性
目前我国绝大多数的城市中，生活垃圾均为混合收运，针对其组分随地域经济水平和气候的不同差异较大情况压缩转运工艺在以下2个方面存在较大的应用局限性。
1.3.1垃圾的可压缩性
一般南方地区一、二线城市和北方地区一线城市和几个经济较为发达的二线城市（约占全国地级城市总数的6%）的垃圾中渣土含量低于20%外，其余二、三线城市垃圾中渣土含量基本在35%以上，垃圾中的渣土比例呈随城市经济水平的下降而升高的变化规律，垃圾容重则与渣土含量为正比关系（以郑州、昆明、乌鲁木齐为例，垃圾中渣土含量分别为34%、41.9%、73.49%，垃圾容重相应为0.42t/m3[6]、0.48t/m3[7]、0.55t/m3[8]）。
1.3.2与垃圾处理工艺的匹配性，首先垃圾焚烧处理工艺具有减量化程度高，无害化较为彻底的特点，全国各地垃圾焚烧项目纷纷上马，焚烧已呈现出除卫生填埋之外的垃圾处理首选工艺的趋势。再而是生物处理无论是采用好氧发酵或是厌氧消化工艺，仅经过压缩转运的混装原生生活垃圾是不能满足生物处理技术要求的。最后是卫生填埋技术具有处理范围广、处理量大、操作设备简单、技术相对简易、适应性和灵活性强、投资及运行成本相对较低等优点，作为固态残余物的最终处理方式，一直在垃圾处理领域占有重要地位，目前仍为大多数国家和我国大多数城市处理生活垃圾的主要方法之一。
2.工艺优化
2.1优化思路
1）系统工艺需与地域现有垃圾处理水平和设施相匹配;
2）系统工艺需具有一定的技术前瞻性和可发展性;
3）系统工艺设计需考虑社会资源的统筹优化使用。
2.2工艺方案
针对生活垃圾混合收运的现状和垃圾的地域性差异，结合后续不同垃圾处理方式的核心需求，本文提出分选转运的工艺方案。
2.2.1工艺流程
进入分选转运车间的生活垃圾经初/预筛工序去除散落于垃圾袋外的渣土后送至破袋工序，破袋后的物料被二级筛分工序分为筛上物和筛下物2道物流，其中筛上物首先通过弹跳筛分工序去除大块无机硬质物后，再经人工分选、风选分离塑料、纸张后，剩余物压缩转运至焚烧处理设施，塑料、纸张亦进行压缩，视地域实际情况回收利用或焚烧处理;筛下物分别经磁选和弹跳分选工序完成金属的回收利用以及中、小块无机硬质物后直接送往生物处理设施，或视地域实际情况通过机械脱水工艺降低水分后送往焚烧处理设施;渣土、无机硬质物送至卫生填埋场进行处置。
2.2.2工艺设备
2.2.2.1进料
中转站进料输送系统常规采用地坑推板系统、钢板带式输送系统、活动地板式输送系统[4]，综合考虑垃圾收运时间的集中性、进料系统缓存和后续分选系统的均匀给料，本方案推荐采用钢板带式输送进料系统（图3），在转运站址地形尺寸受限时亦可采用设置垃圾储坑，抓斗进料（图4）的方式。 图3 图4
2.2.2.2初/预筛
垃圾中的渣土主要源于街道清扫收集尘土和供热燃烧产生的灰渣，在原生垃圾状态时基本位于垃圾袋外，为将渣土与袋装垃圾有效分离，避免其与可腐有机组分混合的可能性，本方案推荐采用主要运动部件为均布圆盘的回转轴组，以圆盘和回转轴构成筛分区域的圆盘筛（图5），筛盘间距20～30mm。
图5
2.2.2.3破袋/粗碎
目前可应用于工业化运行的垃圾破袋设备主要有破袋滚筒筛、双辊破袋机和粗碎机，其中双辊破袋机的破袋效率较破袋滚筒筛高，但2者均不具备对垃圾中的大件/硬质组分的破碎功能，需在进料前予以人工去除。综合考虑垃圾组分的复杂性、非均质性及分选转运系统各工序设备能力的匹配，本方案推荐采用具备自动清排异物功能的粗碎机，在破袋的同时对可腐有机组分和大块无机硬质物进行粗碎，便于后续工序的处理。
2.2.2.4二级筛分
目前应用于垃圾处理行业的筛分设备主要有圆盘筛、张弛筛和滚筒筛3种类型。其中圆盘筛多用于生活垃圾的初/预筛，张弛筛通过柔性网面的张弛运动实现粒径分级和自清筛面的功能，多用于生活垃圾中含水率较高的小粒径组分的分离。滚筒筛的主要功能部件为由筒形框架和互换性强的模块化筛板采用螺栓联接而成的回转筛筒，可根据粒径分级和处理量的不同分为单节单级、单节多级、双节多级的结构类型，设备通用性强，本方案推荐使用滚筒筛。
2.2.2.5弹跳筛选
弹跳筛的主要功能部件为差位曲线往复运动的一组筛板，主要用于可燃轻质组分（塑料、织物等）与无机硬质组分的分离。
2.2.2.6人工分选
人工分选站为一个相对密闭的空间，上部设配备管道空调的新风系统，底部设强制排风管道。室外新鲜空气经管道空调调温后送入站内，由引风管道排出，保证了站内空气的流通，分选人员可在良好的工作环境下进行操作。站内设置带式输送机，拣选工人站立于带式输送机的两侧，可根据作业分工要求，将垃圾中的塑料、纸张分别拣选出来，投入对应的料斗。
2.2.2.7风力分选
风力分选装置主要用于城市生活垃圾中轻质物料（纸张、PELD塑料薄膜等）的自动分选，系统以风管为纽带，将鼓风机、风选箱、旋转分离器、脉冲袋式除尘器和引风机联接为整体，通过风选箱下部设置的鼓风机和脉冲袋式除尘系统配置的引风机形成空气流动，从而实现轻质物料的风力（吹）吸选和风力输送功能。
2.2.2.8磁力分选
自卸式电磁除铁器在风冷悬挂式电磁除铁器的基础上增加了驱动装置、滚筒、卸铁胶带等组成的卸铁机构。在工作过程中卸铁机构自动将卸铁皮带上吸附的铁磁性物质抛到除铁器以外的集装箱内，无需停电人工清理，实现了除铁自动化。
2.2.2.9弹跳分选
弹跳分选机主要应用于城市生活垃圾中可腐有机物与硬重物质（砖瓦、陶瓷、玻璃等）的分离，常规使用2台（或2台以上）组合为弹跳分选机组，以达到最佳分离效率。
2.2.2.10脱水
中仍含有一定数量的杂物目前应用于工业化运行的脱水设备有带式压滤机、板框式压滤机、螺杆压榨机和卧螺离心机4类，结合设备工作原理、结构以及经过分选除杂后的可腐有机组分的物料状况（其中仍含有一定数量的尖锐、硬质无机物），本方案推荐采用螺杆压榨机进行可腐有机组分的脱水。
2.2.2.11转运
垃圾分选过程选出的塑料、纸张、织物、皮革等轻质可燃组分可采用常规压缩转运工艺，亦可通过液压打包机压缩捆扎成块后运输，可腐有机物和渣土等无机物均可采用敞口式集装箱运输。
3.结束语
随着城市化进程的加快，垃圾处理设施日益远离市区，大型转运站的建设是垃圾收运、处置系统中不可或缺的環节。本文仅就大型转运站工艺提出了参考性的思路，实际工程设计尚需根据地域经济、地形条件和垃圾处置设施规划综合考虑。
参考文献：
[1] CJJ47-2006，生活垃圾转运站技术规范[S].
[2]邱江，成效良，谭和平.生活垃圾转运站的建设和发展[Z].
[3]茹临锋，奚旦立，焦学军.上海市崇明区垃圾中转站工程设计[J].环境卫生工程，2003，11（4）：191-193.
[4]陆鲁，郭辉东.大型垃圾集装化转运系统转运站主体工艺优化分析[J].环境卫生工程，2007，15（5）：23-26.
[5]朱建政，崔静萍.烟台市生活垃圾转运站设计特点[DB/OL].维普资讯，2006-09-26.
[6]牛俊玲，秦莉，李彦明，姜灵彦.郑州市生活垃圾的堆肥利用潜力分析[N].科技创新导报，2007（36）.
[7]周琨，张计市.昆明市生活垃圾处理与利用情况调查和评价[J].中国资源综合利用，2005，（12）：36-39.
[8]朱建新，蒋春晓，张超，李勇平.乌鲁木齐城市垃圾处理现状及发展策略探讨[J].新疆环境保护，1998，20（4）：35-38.
[9]时璟丽，张成.垃圾焚烧发电技术在我国的应用及发展趋势[J].可再生能源，2005，（2）.
[10]张卫华.后装压缩式垃圾车接污装置的设计方案[J].专用汽车，2006，（5）：11-12.
[11] CJJ90-2009，生活垃圾焚烧处理工程技术规范[S].
[12]柴晓利，张华，赵由才.固体废物堆肥原理与技术[M].北京：化学工业出版社，2005.12.
[13] CJJ/T52-1993，城市生活垃圾好氧静态堆肥技术规程[S].
[14]中国城市建设研究院，上海市普陀区生活垃圾综合处理厂初步设计[M].北京，2004.
附图1 分选转运工艺流程
【关键词】 工艺流程;工艺优化;工艺设备
1.工艺简析
目前国内大型（Ⅰ、Ⅱ类[1]）转运站主要采用压缩工艺，按照垃圾压缩方向分为立式（垂直）和卧式（水平）压缩，卧式（水平）压缩按照压缩仓位不同又可分为直压式和预压式。
1.1立式（垂直）压缩
立式（垂直）压缩系统如图1[2]所示。圆筒状的容器由底盘装配钢丝绳牵引系统的转运车竖直放置至泊位，垃圾经溜槽落入容器，在重力的作用下初步自压缩。容器装满，压实器沿水平轨道移动至容器上方，液压推头沿铅垂方向对其内的垃圾进行压缩后提升复位，继续填充、压缩垃圾，如此循环往复，直至容器内垃圾填充量达到设定值（物位/重量）为止。压实器移动至下一容器泊位处，满载容器关闭盖门后由转运车自泊位取下，运往垃圾处置设施[3]。
图1
立式（垂直）压缩系统具有设备布置紧凑，能耗低，一机多箱配置（常规一套压实器可配备4～6处容器泊位）可多点位同步卸料，压缩过程中垃圾反弹小，无散落，渗沥液无外泄等特点，其不足之处在于对建筑物高程空间和结构承载力要求较高，容器和转运车均采用非标设计，与国内其他常规转运机具通用性、兼容性低[4]。
1.2卧式（水平）压缩
卧式（水平）压缩系统采用集装箱作为垃圾填装容器，为便于不同品牌转运车之间的通用性、兼容性，常规采用国际标准尺寸集装箱，目前使用的集装箱规格主要为1A型40ft（12192mm）、1B型30ft（9125mm）和1C型20ft（6058mm）3种[4]。
1.2.1直压式
直压式压缩系统如图2[2]所示。集装箱通过底盘装配液压钩臂系统的转运车与压缩机水平对接，并由压缩机的液压机构锁紧固定并开启进料闸门。垃圾自压缩机顶部料斗落下，经水平往复运动的液压推头循环推入集装箱中，直至集装箱内垃圾填充量达到设定值（重量/系统压力）时，进料闸门关闭，压缩机锁紧机构卸压，集装箱与压缩机脱离，由转运车运往垃圾处置设施。
图2
直压式压缩系统工艺成熟，操作简单，占地面积和建筑高度较小，运输方式兼容性强，但同时存在液压推头行程短，压缩比较小，压缩过程中垃圾反弹较大，易在集装箱与压缩机脱离时自箱机对接处散落，集装箱长期受压易发生变形，造成密封不严而导致运输过程中渗沥液、臭气外泄等不足之处[4]。
1.2.2预压式
预压式压缩系统外置与集装箱相同尺寸的预压缩仓，垃圾落入压缩机后首先在預压缩仓内压缩成包，待集装箱与预压缩仓对接锁紧后，由液压推头一次性推入集装箱内。[5]
与直压式相比，预压式压缩系统虽然占地面积较大，但同时具有压缩比高，压缩过程密封独立完成，垃圾散落、臭气外泄现象少，可精确计量垃圾压缩及装箱量，垃圾存贮能力增强等特点。
1.3应用局限性
目前我国绝大多数的城市中，生活垃圾均为混合收运，针对其组分随地域经济水平和气候的不同差异较大情况压缩转运工艺在以下2个方面存在较大的应用局限性。
1.3.1垃圾的可压缩性
一般南方地区一、二线城市和北方地区一线城市和几个经济较为发达的二线城市（约占全国地级城市总数的6%）的垃圾中渣土含量低于20%外，其余二、三线城市垃圾中渣土含量基本在35%以上，垃圾中的渣土比例呈随城市经济水平的下降而升高的变化规律，垃圾容重则与渣土含量为正比关系（以郑州、昆明、乌鲁木齐为例，垃圾中渣土含量分别为34%、41.9%、73.49%，垃圾容重相应为0.42t/m3[6]、0.48t/m3[7]、0.55t/m3[8]）。
1.3.2与垃圾处理工艺的匹配性，首先垃圾焚烧处理工艺具有减量化程度高，无害化较为彻底的特点，全国各地垃圾焚烧项目纷纷上马，焚烧已呈现出除卫生填埋之外的垃圾处理首选工艺的趋势。再而是生物处理无论是采用好氧发酵或是厌氧消化工艺，仅经过压缩转运的混装原生生活垃圾是不能满足生物处理技术要求的。最后是卫生填埋技术具有处理范围广、处理量大、操作设备简单、技术相对简易、适应性和灵活性强、投资及运行成本相对较低等优点，作为固态残余物的最终处理方式，一直在垃圾处理领域占有重要地位，目前仍为大多数国家和我国大多数城市处理生活垃圾的主要方法之一。
2.工艺优化
2.1优化思路
1）系统工艺需与地域现有垃圾处理水平和设施相匹配;
2）系统工艺需具有一定的技术前瞻性和可发展性;
3）系统工艺设计需考虑社会资源的统筹优化使用。
2.2工艺方案
针对生活垃圾混合收运的现状和垃圾的地域性差异，结合后续不同垃圾处理方式的核心需求，本文提出分选转运的工艺方案。
2.2.1工艺流程
进入分选转运车间的生活垃圾经初/预筛工序去除散落于垃圾袋外的渣土后送至破袋工序，破袋后的物料被二级筛分工序分为筛上物和筛下物2道物流，其中筛上物首先通过弹跳筛分工序去除大块无机硬质物后，再经人工分选、风选分离塑料、纸张后，剩余物压缩转运至焚烧处理设施，塑料、纸张亦进行压缩，视地域实际情况回收利用或焚烧处理;筛下物分别经磁选和弹跳分选工序完成金属的回收利用以及中、小块无机硬质物后直接送往生物处理设施，或视地域实际情况通过机械脱水工艺降低水分后送往焚烧处理设施;渣土、无机硬质物送至卫生填埋场进行处置。
2.2.2工艺设备
2.2.2.1进料
中转站进料输送系统常规采用地坑推板系统、钢板带式输送系统、活动地板式输送系统[4]，综合考虑垃圾收运时间的集中性、进料系统缓存和后续分选系统的均匀给料，本方案推荐采用钢板带式输送进料系统（图3），在转运站址地形尺寸受限时亦可采用设置垃圾储坑，抓斗进料（图4）的方式。 图3 图4
2.2.2.2初/预筛
垃圾中的渣土主要源于街道清扫收集尘土和供热燃烧产生的灰渣，在原生垃圾状态时基本位于垃圾袋外，为将渣土与袋装垃圾有效分离，避免其与可腐有机组分混合的可能性，本方案推荐采用主要运动部件为均布圆盘的回转轴组，以圆盘和回转轴构成筛分区域的圆盘筛（图5），筛盘间距20～30mm。
图5
2.2.2.3破袋/粗碎
目前可应用于工业化运行的垃圾破袋设备主要有破袋滚筒筛、双辊破袋机和粗碎机，其中双辊破袋机的破袋效率较破袋滚筒筛高，但2者均不具备对垃圾中的大件/硬质组分的破碎功能，需在进料前予以人工去除。综合考虑垃圾组分的复杂性、非均质性及分选转运系统各工序设备能力的匹配，本方案推荐采用具备自动清排异物功能的粗碎机，在破袋的同时对可腐有机组分和大块无机硬质物进行粗碎，便于后续工序的处理。
2.2.2.4二级筛分
目前应用于垃圾处理行业的筛分设备主要有圆盘筛、张弛筛和滚筒筛3种类型。其中圆盘筛多用于生活垃圾的初/预筛，张弛筛通过柔性网面的张弛运动实现粒径分级和自清筛面的功能，多用于生活垃圾中含水率较高的小粒径组分的分离。滚筒筛的主要功能部件为由筒形框架和互换性强的模块化筛板采用螺栓联接而成的回转筛筒，可根据粒径分级和处理量的不同分为单节单级、单节多级、双节多级的结构类型，设备通用性强，本方案推荐使用滚筒筛。
2.2.2.5弹跳筛选
弹跳筛的主要功能部件为差位曲线往复运动的一组筛板，主要用于可燃轻质组分（塑料、织物等）与无机硬质组分的分离。
2.2.2.6人工分选
人工分选站为一个相对密闭的空间，上部设配备管道空调的新风系统，底部设强制排风管道。室外新鲜空气经管道空调调温后送入站内，由引风管道排出，保证了站内空气的流通，分选人员可在良好的工作环境下进行操作。站内设置带式输送机，拣选工人站立于带式输送机的两侧，可根据作业分工要求，将垃圾中的塑料、纸张分别拣选出来，投入对应的料斗。
2.2.2.7风力分选
风力分选装置主要用于城市生活垃圾中轻质物料（纸张、PELD塑料薄膜等）的自动分选，系统以风管为纽带，将鼓风机、风选箱、旋转分离器、脉冲袋式除尘器和引风机联接为整体，通过风选箱下部设置的鼓风机和脉冲袋式除尘系统配置的引风机形成空气流动，从而实现轻质物料的风力（吹）吸选和风力输送功能。
2.2.2.8磁力分选
自卸式电磁除铁器在风冷悬挂式电磁除铁器的基础上增加了驱动装置、滚筒、卸铁胶带等组成的卸铁机构。在工作过程中卸铁机构自动将卸铁皮带上吸附的铁磁性物质抛到除铁器以外的集装箱内，无需停电人工清理，实现了除铁自动化。
2.2.2.9弹跳分选
弹跳分选机主要应用于城市生活垃圾中可腐有机物与硬重物质（砖瓦、陶瓷、玻璃等）的分离，常规使用2台（或2台以上）组合为弹跳分选机组，以达到最佳分离效率。
2.2.2.10脱水
中仍含有一定数量的杂物目前应用于工业化运行的脱水设备有带式压滤机、板框式压滤机、螺杆压榨机和卧螺离心机4类，结合设备工作原理、结构以及经过分选除杂后的可腐有机组分的物料状况（其中仍含有一定数量的尖锐、硬质无机物），本方案推荐采用螺杆压榨机进行可腐有机组分的脱水。
2.2.2.11转运
垃圾分选过程选出的塑料、纸张、织物、皮革等轻质可燃组分可采用常规压缩转运工艺，亦可通过液压打包机压缩捆扎成块后运输，可腐有机物和渣土等无机物均可采用敞口式集装箱运输。
3.结束语
随着城市化进程的加快，垃圾处理设施日益远离市区，大型转运站的建设是垃圾收运、处置系统中不可或缺的環节。本文仅就大型转运站工艺提出了参考性的思路，实际工程设计尚需根据地域经济、地形条件和垃圾处置设施规划综合考虑。
参考文献：
[1] CJJ47-2006，生活垃圾转运站技术规范[S].
[2]邱江，成效良，谭和平.生活垃圾转运站的建设和发展[Z].
[3]茹临锋，奚旦立，焦学军.上海市崇明区垃圾中转站工程设计[J].环境卫生工程，2003，11（4）：191-193.
[4]陆鲁，郭辉东.大型垃圾集装化转运系统转运站主体工艺优化分析[J].环境卫生工程，2007，15（5）：23-26.
[5]朱建政，崔静萍.烟台市生活垃圾转运站设计特点[DB/OL].维普资讯，2006-09-26.
[6]牛俊玲，秦莉，李彦明，姜灵彦.郑州市生活垃圾的堆肥利用潜力分析[N].科技创新导报，2007（36）.
[7]周琨，张计市.昆明市生活垃圾处理与利用情况调查和评价[J].中国资源综合利用，2005，（12）：36-39.
[8]朱建新，蒋春晓，张超，李勇平.乌鲁木齐城市垃圾处理现状及发展策略探讨[J].新疆环境保护，1998，20（4）：35-38.
[9]时璟丽，张成.垃圾焚烧发电技术在我国的应用及发展趋势[J].可再生能源，2005，（2）.
[10]张卫华.后装压缩式垃圾车接污装置的设计方案[J].专用汽车，2006，（5）：11-12.
[11] CJJ90-2009，生活垃圾焚烧处理工程技术规范[S].
[12]柴晓利，张华，赵由才.固体废物堆肥原理与技术[M].北京：化学工业出版社，2005.12.
[13] CJJ/T52-1993，城市生活垃圾好氧静态堆肥技术规程[S].
[14]中国城市建设研究院，上海市普陀区生活垃圾综合处理厂初步设计[M].北京，2004.
附图1 分选转运工艺流程