垃圾自動收集系統(tǒng)在圣陶沙名勝世界的應(yīng)用

王洪銓

(福建成瑞建筑設(shè)計(jì)有限公司 福建廈門 361000)

1 工程概況

1.1 圣陶沙名勝世界項(xiàng)目概況

新加坡圣陶沙名勝世界是一座集游樂休閑和博彩業(yè)于一體的綜合娛樂城，坐落在新加坡旅游勝地圣陶沙島上，占地面積49萬平方米。包括名勝世界娛樂場、康樂福豪華酒店、邁克爾酒店、新加坡 Hard Rock酒店和節(jié)慶酒店、新加坡環(huán)球影城、海洋生物園、海事博物館、亞洲最大規(guī)模宴會廳及長達(dá)半公里的節(jié)慶大道。

1.2 應(yīng)用概況

封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)在圣陶沙名勝世界項(xiàng)目中設(shè)立20個(gè)收集點(diǎn)，分別分布在邁克爾酒店、康樂福豪華酒店、節(jié)慶酒店、新加坡Hard Rock酒店、節(jié)慶大道和新加坡環(huán)球影城等建筑物范圍內(nèi)，所有收集點(diǎn)通過直徑406mm，總長2000多米的真空管道系統(tǒng)連接至新加坡Hard Rock酒店地下二層垃圾收集中心。此收集中心的主要設(shè)備包括離心抽風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器、垃圾壓實(shí)機(jī)、垃圾集裝箱、垃圾集裝箱傳送系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)和主控制盤等。

此收集系統(tǒng)由位于收集中心三臺離心抽風(fēng)機(jī)(輪流兩用一備)在輸送管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓氣流，利用氣流將垃圾從20個(gè)收集點(diǎn)輸送至垃圾收集中心，再經(jīng)收集中心主設(shè)備旋風(fēng)除塵器將垃圾和輸送垃圾的氣流分離，然后由垃圾壓實(shí)機(jī)將垃圾壓實(shí)裝進(jìn)垃圾集裝箱內(nèi)，之后由環(huán)衛(wèi)垃圾車定期將裝滿垃圾的集裝箱運(yùn)走并進(jìn)行其它無害化處理，輸送垃圾的氣流則經(jīng)過收集中心除塵、除濕、殺菌和消毒設(shè)備處理后排放進(jìn)大氣。

2 系統(tǒng)歷史及現(xiàn)狀

氣力輸送是利用氣流在管道中輸送粉粒狀物料的一種方法，也就是利用具有一定壓力和一定速度的氣流，來輸送粉粒物料的一種輸送裝置。1883年在俄國彼得堡港出現(xiàn)了第一臺來卸船倉散裝糧食的氣力吸糧機(jī)，1893年英國也出現(xiàn)了固定式吸糧機(jī)，后來世界各港口廣泛用氣力輸送裝置來卸運(yùn)糧食。氣力輸送發(fā)展迅速，在糧食、水泥、粉煤灰、化工物料、礦粉、食鹽、面粉、玻璃配合料、型砂等各工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用。隨著輸送距離的增長和應(yīng)用的廣泛，氣力輸送技術(shù)不斷在發(fā)展，由最初第一代氣力輸送裝置發(fā)展到第二代氣力輸送裝置，直到現(xiàn)在的第三代氣力輸送裝置。封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)就是氣力輸送在垃圾收集系統(tǒng)中應(yīng)該的例子。

1961年瑞典恩華特集團(tuán)始創(chuàng)的封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)，最早用于醫(yī)院醫(yī)療垃圾的收集。隨著應(yīng)用的深入，逐步延伸到日常生活中各類垃圾的收集。美國、日本、德國、斯德哥爾摩、巴塞羅那、迪拜、漢城、新加坡、香港、澳門、臺北等多個(gè)國家和地區(qū)，以及中國內(nèi)地一線城市如北京、廣州、上海、三亞都有應(yīng)用此垃圾收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)是發(fā)達(dá)國家近年來發(fā)展使用的一種高效、環(huán)保的垃圾收集方法，應(yīng)用廣泛且技術(shù)已經(jīng)相對成熟，廣泛服務(wù)于住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、機(jī)場和醫(yī)院等場所。香港的葵涌、中國臺北的101大廈、北京的國際中心、上海的泰晤士小鎮(zhèn)、上海浦東國際機(jī)場、上海世界博覽會及廣州白云新國際機(jī)場等都使用了該系統(tǒng)，一些城市在市政建設(shè)和規(guī)劃時(shí)也開始考慮使用垃圾自動收集系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)主要設(shè)備及工作原理

3.1 設(shè)備及材料列表

本系統(tǒng)設(shè)備材料及簡單的功能參照下表:

設(shè)備材料 位置 功能描述垃圾投放口 收集點(diǎn) 雙層門結(jié)構(gòu)，第一道門手動，第二道門氣動。收集點(diǎn) 收集點(diǎn)的進(jìn)風(fēng)口，當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，開啟用于進(jìn)風(fēng)。遠(yuǎn)程控制盤 收集點(diǎn) 主控制盤通過其控制收集點(diǎn)的所有設(shè)備。初級進(jìn)風(fēng)裝置由壓力傳感器、過濾器，球閥和鋼管組成。將壓縮空氣系統(tǒng)中的空氣由10bar減少到所需的壓力用于開關(guān)初級進(jìn)裝置和投放口第二道門。旋風(fēng)除塵器 收集中心 旋風(fēng)離心分離機(jī)進(jìn)行分離。垃圾壓實(shí)機(jī) 收集中心 將旋風(fēng)除塵機(jī)分離出來的垃圾推擠壓實(shí)進(jìn)垃圾集裝箱內(nèi)。壓縮空氣裝置收集點(diǎn)垃圾集裝箱 收集中心 存儲垃圾，內(nèi)部真空。集裝箱傳送機(jī)收集中心 傳送垃圾集裝箱。離心抽風(fēng)機(jī) 收集中心 三臺抽風(fēng)機(jī)，二用一備且互為備用。流量控制閥 收集中心由喉管、調(diào)節(jié)蝶閥和壓差分析儀組成，安裝于旋風(fēng)除塵機(jī)與離心抽風(fēng)機(jī)之間用風(fēng)速調(diào)節(jié)。安裝于旋風(fēng)除塵機(jī)與流量控制閥之間用于防止垃圾從旋風(fēng)除塵機(jī)進(jìn)入流量控制閥和離心抽風(fēng)機(jī)。過濾裝置 收集中心 第一步除濕，第二步除塵，第三步用活性碳?xì)⒕统簟？諝鈮嚎s 收集中心 產(chǎn)生干燥壓縮空氣通過管道系統(tǒng)控制系統(tǒng)各個(gè)閥門開關(guān)。風(fēng)機(jī)保護(hù)箱 收集中心主控制盤 收集中心由主配電盤，離心抽風(fēng)機(jī)變頻器，PLC控制器組成。在觸摸屏上進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及控制。低碳鋼管 全系統(tǒng)低碳鋼管強(qiáng)度、硬度低、塑性、韌性高，焊接性能好，碳含量低也帶來了較好的抗腐蝕性。鋼管外包裹隔音棉用于隔音降噪。

3.2 主要設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)

1)旋風(fēng)除塵器:利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的，用來分離粒徑大于5～10μm以上的顆粒物，工業(yè)上已有100多年的應(yīng)用歷史。如(圖1)旋風(fēng)除塵器原理圖所示，含塵氣流由進(jìn)口沿切線方向進(jìn)入除塵器后，沿器壁由上而下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這股旋轉(zhuǎn)向下的氣流稱為外渦旋，外渦旋到達(dá)錐體底部轉(zhuǎn)而沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱為內(nèi)渦旋。外渦旋和內(nèi)渦旋的旋轉(zhuǎn)方向相同，含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，塵粒在慣性離心力推動下移向外，到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，頂部壓力下降，一部分氣流會帶著細(xì)塵粒沿外壁面旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管旋轉(zhuǎn)向下，從排出管排出。這股轉(zhuǎn)向上的氣流稱為上渦旋。本系統(tǒng)正是利用旋風(fēng)除塵器將垃圾與輸送垃圾的空氣分離開來。

2)離心式抽風(fēng)機(jī):將離心式通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口分別接到系統(tǒng)的出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，風(fēng)機(jī)的葉輪隨著轉(zhuǎn)動，葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力將管道空氣從葉輪中甩出，空氣從葉輪中甩出后匯集在機(jī)殼中，由于速度慢，壓力高，空氣便從通風(fēng)機(jī)排出流出管道。當(dāng)葉輪中的空氣被排出后，就輸送管道內(nèi)就形成了負(fù)壓，出氣口外面的空氣壓力高于大氣壓，在壓差的作用下自然排至大氣中，因此，葉輪不斷旋轉(zhuǎn)空氣也就在抽風(fēng)機(jī)的作用下，在管道中不斷流動。本系統(tǒng)共有三臺抽風(fēng)機(jī)組成，其中二臺運(yùn)行，一臺處于備用狀態(tài)，每二十四小時(shí)輪流輪換，實(shí)際上一臺抽風(fēng)最多連續(xù)工作四十八個(gè)小時(shí)。由于采用變頻控制方式，比較采用一般的控制方式更省電節(jié)能。

3)PLC控制器:系統(tǒng)的主控制器采用工業(yè)控制常用的PLC控制。可編程序邏輯控制器PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，用于取代繼電接觸器控制，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，功能和擴(kuò)展能力強(qiáng)大等特點(diǎn)，隨著收集點(diǎn)的增加及工藝改進(jìn)可以方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展和更新，而無需更換整套控制系統(tǒng)。

4)壓縮空氣系統(tǒng):壓縮空氣機(jī)及遍布的壓縮氣體管道組成的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)非常通用，不需要電源并且結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛。遍布整個(gè)工程的20個(gè)收集點(diǎn)的第二道門和初級進(jìn)裝置開關(guān)動作，收集中心各種開關(guān)動作全部由壓縮空氣作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，簡單可靠。

圖1 旋風(fēng)除塵器原理圖

3.3 系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)共有四種操作模式分別為:1)待命模式:收集點(diǎn)無人投放垃圾，管道內(nèi)無雜物，系統(tǒng)不運(yùn)行處于待命狀態(tài);2)輸送模式:垃圾投入收集點(diǎn)15秒內(nèi)為輸送狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)全速運(yùn)作;3)清洗模式:輸送模式結(jié)束后，系統(tǒng)將管道內(nèi)剩余雜物輸送至收集中心的過程;4)空載模式:清洗模式過后，離心抽風(fēng)機(jī)的工作頻率將由50Hz減少至10Hz，收集點(diǎn)的所有門都將關(guān)閉，此過程持續(xù)一分鐘，如果收集點(diǎn)沒有人投放垃圾，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入待命模式。通過四種工作模式的轉(zhuǎn)換可以大大節(jié)約電能，提高效率。

圖2 垃圾收集流程圖

圖3 垃圾收集點(diǎn)示意圖

圖4 垃圾集中心平面圖

垃圾收集流程圖所示(圖2)，首先經(jīng)過培訓(xùn)的收集點(diǎn)工作人員用鑰匙打開收集點(diǎn)(圖3)的第一道門后，主控制盤發(fā)出啟動系統(tǒng)工作的指令，離心抽風(fēng)機(jī)啟動開始抽走管道內(nèi)的空氣并逐漸形成負(fù)壓氣流，旋風(fēng)除塵器隨離心抽風(fēng)機(jī)一起啟動準(zhǔn)備進(jìn)行分離工作，同時(shí)通過壓縮空氣系統(tǒng)開啟相應(yīng)收集點(diǎn)第二道門和其上方的初級進(jìn)氣裝置。等待收集點(diǎn)第二道門完全開啟后，將垃圾直接投入管道系統(tǒng)中，隨后第二道門在設(shè)置的時(shí)間內(nèi)自動關(guān)閉，如果垃圾比較多可以通過鑰匙再次開啟第二道門投入垃圾。在15秒后或者撥掉鑰匙后，第一道門將自動關(guān)閉。垃圾在負(fù)壓氣流的作用下通過管道系統(tǒng)以大約50m/s的速度被輸送到中央收集站(圖4、圖5)。緊接著垃圾和輸送空氣流一起進(jìn)入旋風(fēng)除塵器內(nèi)，經(jīng)旋風(fēng)除塵器的巨大離心力作用，垃圾由比重較大的在離心力的作用下向下運(yùn)動，掉入垃圾壓實(shí)機(jī)，系統(tǒng)檢測到有垃圾掉入，打開平時(shí)處于關(guān)閉的垃圾集裝箱門，將其壓實(shí)推擠壓進(jìn)垃圾集裝箱內(nèi)，等待集裝箱完全裝滿壓實(shí)后，最后通過傳送系統(tǒng)將集裝箱由裝載位移至運(yùn)載位后由垃圾運(yùn)輸車?yán)撸M(jìn)行填埋或焚燒等處理;另外輸送氣流由于比重較輕在分離力的作用下向上運(yùn)動，經(jīng)過氣流控制器、離心抽風(fēng)機(jī)到達(dá)系統(tǒng)的過濾中心，第一步先經(jīng)過除濕器進(jìn)行除濕處理，第二步經(jīng)除塵篩去除細(xì)小塵埃，第三步氣流經(jīng)過活性碳進(jìn)行殺菌和消毒處理，最后將處理完并符合排放標(biāo)準(zhǔn)的氣流排放進(jìn)大氣。

圖5 垃圾收集中心A－A剖面圖

20個(gè)垃圾收集點(diǎn)不可以同時(shí)操作，而由主控制盤決定投放垃圾的次序;三臺離心抽風(fēng)機(jī)二用一備并進(jìn)行24小時(shí)輪換;主控制盤與遠(yuǎn)程控制盤利用多模光纖進(jìn)行聯(lián)接，實(shí)際多個(gè)信號同步雙向傳輸控制，提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度及可靠性;垃圾收集點(diǎn)的工作人員人工投入垃圾后，余下的工作全部由主控制盤根據(jù)程序進(jìn)行自動控制，無需其它工作人員參與完全實(shí)行自動化。

3.4 系統(tǒng)檢修及維護(hù)

為便于清理管道阻塞，分別在管道轉(zhuǎn)彎處、分支位置和直線每隔50m處設(shè)置檢修口。系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)每個(gè)月定期檢查，機(jī)械部分每季度進(jìn)行檢查，整個(gè)系統(tǒng)每年進(jìn)行一次全面的檢查。經(jīng)過培訓(xùn)收集點(diǎn)工作中員及相關(guān)工作人員，將垃圾分成可自動收集和非自動收集兩類，從而可以有效地減少非許可的垃圾投放，并且一次只允許一個(gè)收集口操作，使垃圾收集系統(tǒng)出現(xiàn)阻塞的可能性大大降低，同時(shí)對管道壁的磨損也減至最小。經(jīng)過一段時(shí)間的輸送運(yùn)作，管道壁將變得越來越光滑更加有利于垃圾的輸送。

4 環(huán)保節(jié)能

封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)點(diǎn)提升了公共衛(wèi)生的質(zhì)量，避免了垃圾收運(yùn)的二次污染，大幅降低了疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn);避免了垃圾儲存及收運(yùn)帶來的蚊蟲鼠蟻蒼蠅的滋擾，有效地提升了社區(qū)生活垃圾前端收集的水平，及公共衛(wèi)生管理的安全系數(shù);緩解了垃圾污染造成的生態(tài)壓力，提高了環(huán)境品質(zhì)，美化了社區(qū)環(huán)境，全面實(shí)現(xiàn)了垃圾收運(yùn)的“地上到地下”、“暴露到封閉”、“人工到自動”的三大轉(zhuǎn)變，

封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)具有以下三個(gè)特點(diǎn):第一、封閉式運(yùn)送。系統(tǒng)是通過預(yù)埋的管道進(jìn)行垃圾收集，投放的垃圾直接進(jìn)入輸送管道，分次被抽送到垃圾收集中心，并壓縮推進(jìn)到密封的垃圾集裝箱里，等待環(huán)衛(wèi)卡車運(yùn)往填埋場或焚燒廠等處理。整個(gè)的收集過程，垃圾都處于密封的狀態(tài)中與人隔離;第二、自動化控制。系統(tǒng)通過PLC自動化控制程序?qū)⑸⒙湓诟魈幍睦y(tǒng)一運(yùn)輸送到垃圾收集中心，實(shí)現(xiàn)從人工到自動化的轉(zhuǎn)變，并可在無人監(jiān)控下24小時(shí)連續(xù)工作;第三、無污染，無臭味，無噪音。垃圾的整個(gè)收集過程在封閉的管道內(nèi)進(jìn)行，杜絕污染，告別噪音，遠(yuǎn)離污染。

5 應(yīng)用前景

新加坡可持續(xù)發(fā)展跨部門委員會(IMCSD)提出“到2030年，新加坡至少八成的建筑達(dá)到綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)”的目標(biāo)，對此新加坡建設(shè)局提出綠色標(biāo)志計(jì)劃和相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃。封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)完全符合綠色建筑概念并已經(jīng)獲得當(dāng)?shù)卣恼J(rèn)證為建筑綠色標(biāo)志的加分項(xiàng)目。韓國的有些城市，就立法規(guī)定，建設(shè)500套以上的公寓式住宅就必須安裝封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)。中國環(huán)境保護(hù)部及各地方的環(huán)境局也出臺相關(guān)的獎(jiǎng)勵(lì)政策提倡節(jié)能減排，低碳生活。隨著綠色環(huán)保生態(tài)的理念深入人心，封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)將像煤氣管道，電力管線一樣納入城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，即能體現(xiàn)一個(gè)城市的品質(zhì)，也為城市的生態(tài)保護(hù)與建設(shè)提供支持。

如將封閉式垃圾自動收集系統(tǒng)進(jìn)一步與垃圾焚燒發(fā)電廠和垃圾回收利用站進(jìn)行有效地結(jié)合，將各個(gè)社區(qū)和建筑的各類垃圾通過遍布的城市的管道直接輸送至垃圾回收處理中心，分檢出可回收利用的垃圾變廢為寶，同時(shí)將不可回收利用的垃圾直接送至垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電轉(zhuǎn)化成電能并入公共電網(wǎng)。從而最大限度地發(fā)揮垃圾全封閉處理系統(tǒng)，達(dá)到零排放零污染，即產(chǎn)生了生態(tài)環(huán)保的社會效益，又產(chǎn)生了回收利用材料和電能的雙重經(jīng)濟(jì)效益。

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