说说：（真空管道垃圾收集系统）气力管道输送在垃圾收运领域的应用研究
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摘要
气力管道输送应用于垃圾收运在国内尚处于起步阶段, 开发该项技术目前还存在一定的技术困难, 但若该技术能在环境领域成功应用, 它将完全改变传统的垃圾收运模式, 大大提高垃圾收集的效率, 减小垃圾收运过程中对环境造成的影响。 本文主要对该技术的优势及在国内应用的技术困难进行探讨, 并在此基础上提出了解决方法。
物料的气力管道输送技术源起于 1810 年 ,100 多年来气力输送得到了长足的发展 。近年来 ,国内在交通运输、建筑材料、电力 、化学 、冶金、采矿、铸造等工业部门的应用日益增多 。但在国外 ,气力管道输送技术早已扩展到城市卫生和公用事业领域,尤其是真空管道垃圾输送技术在城市垃圾的收运领域的应用。真空气力管道垃圾输送系统的工作原理为:在系统末端装有引风机械 , 当风机运转时,整个系统内部形成负压, 使管道内外形成压差 ,空气被吸入管道;同时, 物料也被空气带入管道,被输送至分离器 ,在此物料与空气分离;分离出的物料由卸料器卸出 , 空气则被送到除尘器净化 ,然后排放 。
真空管道垃圾收集系统在国外应用十分广泛且技术已经相对成熟 。该系统在欧洲城市新建区及卫星城 、世博会、体育运动村等大型城市发展区较为普遍使用, 西班牙、葡萄牙两国使用气力管道输送生活垃圾的普及率都已达到 10%～ 20%。该系统在亚洲的应用主要集中在日本 、新加坡和香港。日本主要采用三菱的系统,将焚烧厂周边地区的垃圾直接输送到焚烧厂 ,例如东京湾和横滨 ;新加坡和香港都有用欧洲的系统 ,国内的上海浦东国际机场和广州市白云新国际机场也都采用该系统；另外广州东塔(周大福金融中心），广州珠江新城珠江城大厦，广州广晟国际大厦和广州银行大厦，这些高端写字楼采用的真空垃圾管道收集系统都是由普慧环保全程提供设计，供货，安装服务。
1 垃圾收运技术现状
城市垃圾收运是一项相当复杂、繁琐且耗资较大的工程 。一般而言, 生活垃圾收运系统由收集 、运输 、处理 3 个部分组成 。目前国内外城市垃圾收运方式主要可分为三种 :①垃圾车流动收集;②收集站收集;③气力管道收集。国内主要采用前两种。
1. 1 垃圾车流动收集垃圾车流动收集:指利用垃圾车如后转垃圾车、侧装垃圾车等对分散于各收集点的垃圾进行收集, 收集后的垃圾直接或经中转站再运往垃圾处理场。它适用于人口密度低、车辆可方便进出的地区, 如一些中 、小型城市和大城市的周边地区等。
优点 :灵活性大 ;垃圾的收集点可随时变更;运行费用较低缺点 :收集点分布较散导致收集效率低 ;垃圾堆放时间长,对收集点周围的环境影响较大 ;存在二次污染 ;垃圾受天气影响明显
1. 2 收集站收集收集站收集 :指利用设立于垃圾产生区域的固定收集房来进行垃圾收集 ,周围的生活垃圾通过人力、机动小车收集, 然后由大型垃圾车将固定站中的垃圾直接或经大型中转站再运往垃圾处理场 。它适用于人口密度高 、区内道路狭小的城区 , 如一些未改建的老城区及一般市区 ,它是目前国内大中型城市最常用的收集方式。
优点 :提高了集装箱中的垃圾装载量;提高了运输的经济性 ;垃圾实现了袋装化 、密闭化 ,对周围环境影响较小缺点 :在中转过程中存在二次污染 。
1. 3 气力管道收集气力管道收集,指通过预先铺设好的管道系统,利用负压技术将生活垃圾抽送至中央垃圾收集站,再由压缩车运送至垃圾处置场, 见图 1。
它是国外发达国家近年来发展的一种高效 、卫生的垃圾收集方法。它主要适用于高层公寓楼房、现代化住宅密集区、商业密集区及一些对环境要求较高地区。
优点 :
(1)垃圾流密封 、隐蔽和人流完全隔离,有效地杜绝了收集过程中的二次污染 ,包括臭味、蚊蝇、噪音和视觉污染;
(2)显著降低垃圾收集劳动强度, 提高收集效率,优化环卫工人劳动环境;
(3)取消手推车 、垃圾桶、箩筐等传统垃圾收集工具 ,基本避免了垃圾运输车辆穿行于居住区 ,减轻交通压力和环境污染;
(4)垃圾收集、压缩可以全天候自动运行 ,垃圾成分不受雨季影响 , 有利于填埋场、焚烧厂的稳定运行 ;
(5)可利用一套公共管道收集系统自动分别收集可回收和不可回收垃圾 。
缺点 :一次性投资大 ;对系统的维护和管理要求较高。从比较我们可以看出 ,由于气力管道输送垃圾系统建设和运行费用昂贵 ,目前在国内的应用范围十分有限, 但它在开发区、奥运村 、高层住宅小区 、别墅群、飞机场 、大型游乐场等地区应用优势明显 。
2 真空管道输送垃圾的关键参数真空管道输送垃圾系统的典型原理见图 2 。
通常在建筑物的每层楼内设置一个直径 50mm 左右的垃圾投放口 , 紧靠垃圾投放口, 设立一条垂直的垃圾管道,其底端设有垃圾卸料阀, 它与埋在地面下的水平管道相连。当垃圾达到一定数量后, 中央控制台发出信号, 垃圾卸料阀被打开, 垃圾卸料阀开启 10s左右, 垃圾迅速往前运动一段距离便停下来 ,这时通风口上的空气控制阀门被打开, 抽吸垃圾在管道中顺序前进间隔约数 10m ,最终进入中央垃圾收集站
2. 真空管道输送垃圾系统结合传统气力输送技术及输送物料 - 垃圾的特殊性, 本文提出其设计关键参数 。
(1)管道中垃圾与空气的输送比[ 2], 指垃圾与空气的重量流量比 ,即流过管道截面的物料与空气的流量比 。它表示要输送的垃圾量与所需空气量之间的数量关系。输送比越大,对输送能力是有利的;但输送比过大 ,在同样气流速度下可能产生堵塞, 且要求输送压力增高, 这有可能超过抽风机的吸气压力 ,因此,输送比受垃圾的物理性质和输送条件等因素的控制。输送比的大小决定了气力输送的形式 ,当输送比大于 20 ∶1 时 ,为密相输送,小于则为稀相输送 。根据国外的相关资料 ,经验得出垃圾与空气的最佳输送比为 10∶1。
(2)输送管道中气流速度 ,根据垃圾量和输送比可以算出输送管道中的气流速度 ,它是选择风机的关键参数。类比国内外经验数据 ,对于住宅区一般取每户日平均垃圾量为 3kg ;非住宅建筑区则一般取每 1000m 2 建筑面积平均垃圾量为 28kg ,根据服务户数和面积确定每日垃圾量, 从而算出气流速度。输送管道中气流速度的大小决定了管道中的运动流型 ,气流速度必须大于垃圾的悬浮速度很多,才能保证垃圾不致停滞在管底而产生堵塞 ;但输送速度过高会加剧管件的磨损, 增大动力消耗。
(3)管内混合物的比重 ,它是管内单位体积内物料的重量与管内单位体积内的空气量的和 。
3 真空管道输送垃圾的技术困难
(1)输送管道的管径 , 在传统的气力输送系统中,管径一般在 200mm 以内 , 输送物料的平均直径一般在 50mm 以内 , 而由于生活垃圾的平均直径一般都在 100 ～ 150mm 左右 , 因此其管径要远大于传统管径, 大约为 500mm 。在 500mm 的管径中利用负压吸送 100 ～ 150mm 粒径的物料, 动力系统如何保证是一大技术难题 。
(2)弯管磨损,在管道弯曲部分,垃圾将和管道外侧壁发生碰撞并减速,在一般情况下,管道曲率越大,碰撞越激烈,减速也越大,因此在弯管处会对管壁造成严重磨损,长期磨损一段时间后会引发管道漏气。
(3)管道的堵塞, 主要有两种情况容易引起管道堵塞:①在弯管处 ,垃圾与管壁碰撞减速,容易引起垃圾聚集,造成堵塞;②由于人为的因素,将一些非生活垃圾投入垃圾管道 ,使得输送管道内的比重增大 ,超出真空管道的输送能力, 利用气力无法收集而造成堵塞。
(4)输送距离, 传统气力输送的距离一般为几百米 ,为提高真空管道垃圾输送系统的收集效率和建设成本 ,从国外的经验得出 ,真空管道输送垃圾的最长距离可达 2km , 如此长的输送距离将给整个系统的正常运行带来困难 。
4 解决方案
对于真空管道收运垃圾这样一个复杂系统, 要想设计该系统并使其稳定运行并不容易。它受到以上这些制约因素的影响。对此本文提出一些相关的解决方案 。
(1)根据管道中垃圾与空气的输送比、每日垃圾的收集量及垃圾的平均混合密度可以计算出输送管道中的气流速度。
(2)根据管网的布置及后续处理设备的相关参数计算管道中的压力损失,它包括沿程压力损失和局部压力损失 。
(3)根据气流速度和管道总压损选择抽风机的功率及型号。
(4)由于垃圾的摩擦系数较大 ,在弯管的磨损很大 ,须采用大转弯半径的弯管并在转弯处加粗壁厚, 或采用 T 型盲管 [ 3] 。
(5)在整个收集管网中 ,每隔 50m 设置一个检查井和风速测试管 ,通过对风速的测试确定管道是否堵塞, 一旦出现堵塞便可通过检查井排除堵塞 。
(6)控制垃圾排放量, 使其小于系统的额定抽吸量 ,将每条连入干管的支管用分路器阻隔开 , 每一条支路中的垃圾单独抽吸 ,以防各支路垃圾同时汇入总管造成堵塞 。
5 应用实例与前景
真空管道垃圾收集系统在国外的应用范围很广。垃圾的整个收运过程完全实行自动化 ,垃圾收集方便快捷干净 。面对真空垃圾收集系统在国外的应用现状与优势 ,在国内开发研究势在必行。在国内大规模的使用真空管道垃圾收运系统将是国内垃圾收集领域的一次突破 ,一次飞越 。
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