垃圾自動收集系統在圣陶沙名勝世界的應用

王洪銓

(福建成瑞建筑設計有限公司 福建廈門 361000)

1 工程概況

1.1 圣陶沙名勝世界項目概況

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酒店和節慶酒店、新加坡環球影城、海洋生物園、海事博物館、亞洲最大規模宴會廳及長達半公里的節慶大道。

1.2 應用概況

封閉式垃圾自動收集系統在圣陶沙名勝世界項目中設立20個收集點，分別分布在邁克爾酒店、康樂福豪華酒店、節慶酒店、新加坡Hard Rock酒店、節慶大道和新加坡環球影城等建筑物范圍內，所有收集點通過直徑406mm，總長2000多米的真空管道系統連接至新加坡Hard Rock酒店地下二層垃圾收集中心。此收集中心的主要設備包括離心抽風機、旋風除塵器、垃圾壓實機、垃圾集裝箱、垃圾集裝箱傳送系統、過濾系統、空氣壓縮系統和主控制盤等。

此收集系統由位于收集中心三臺離心抽風機(輪流兩用一備)在輸送管道內產生負壓氣流，利用氣流將垃圾從20個收集點輸送至垃圾收集中心，再經收集中心主設備旋風除塵器將垃圾和輸送垃圾的氣流分離，然后由垃圾壓實機將垃圾壓實裝進垃圾集裝箱內，之后由環衛垃圾車定期將裝滿垃圾的集裝箱運走并進行其它無害化處理，輸送垃圾的氣流則經過收集中心除塵、除濕、殺菌和消毒設備處理后排放進大氣。

2 系統歷史及現狀

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了第一臺來卸船倉散裝糧食的氣力吸糧機，1893年英國也出現了固定式吸糧機，后來世界各港口廣泛用氣力輸送裝置來卸運糧食。氣力輸送發展迅速，在糧食、水泥、粉煤灰、化工物料、礦粉、食鹽、面粉、玻璃配合料、型砂等各工業部門得到廣泛應用。隨著輸送距離的增長和應用的廣泛，氣力輸送技術不斷在發展，由最初第一代氣力輸送裝置發展到第二代氣力輸送裝置，直到現在的第三代氣力輸送裝置。封閉式垃圾自動收集系統就是氣力輸送在垃圾收集系統中應該的例子。

1961年瑞典恩華特集團始創的封閉式垃圾自動收集系統，最早用于醫院醫療垃圾的收集。隨著應用的深入，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、臺北等多個國家和地區，以及中國內地一線城市如北京、廣州、上海、三亞都有應用此垃圾收集系統。該系統是發達國家近年來發展使用的一種高效、環保的垃圾收集方法，應用廣泛且技術已經相對成熟，廣泛服務于住宅區、商業區、機場和醫院等場所。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、上海浦東國際機場、上海世界博覽會及廣州白云新國際機場等都使用了該系統，一些城市在市政建設和規劃時也開始考慮使用垃圾自動收集系統。

3 系統主要設備及工作原理

3.1 設備及材料列表

本系統設備材料及簡單的功能參照下表:

設備材料 位置 功能描述垃圾投放口 收集點 雙層門結構，第一道門手動，第二道門氣動。收集點 收集點的進風口，當系統啟動時，開啟用于進風。遠程控制盤 收集點 主控制盤通過其控制收集點的所有設備。初級進風裝置由壓力傳感器、過濾器，球閥和鋼管組成。將壓縮空氣系統中的空氣由10bar減少到所需的壓力用于開關初級進裝置和投放口第二道門。旋風除塵器 收集中心 旋風離心分離機進行分離。垃圾壓實機 收集中心 將旋風除塵機分離出來的垃圾推擠壓實進垃圾集裝箱內。壓縮空氣裝置收集點垃圾集裝箱 收集中心 存儲垃圾，內部真空。集裝箱傳送機收集中心 傳送垃圾集裝箱。離心抽風機 收集中心 三臺抽風機，二用一備且互為備用。流量控制閥 收集中心由喉管、調節蝶閥和壓差分析儀組成，安裝于旋風除塵機與離心抽風機之間用風速調節。安裝于旋風除塵機與流量控制閥之間用于防止垃圾從旋風除塵機進入流量控制閥和離心抽風機。過濾裝置 收集中心 第一步除濕，第二步除塵，第三步用活性碳殺菌和除臭。空氣壓縮 收集中心 產生干燥壓縮空氣通過管道系統控制系統各個閥門開關。風機保護箱 收集中心主控制盤 收集中心由主配電盤，離心抽風機變頻器，PLC控制器組成。在觸摸屏上進行系統參數設置及控制。低碳鋼管 全系統低碳鋼管強度、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 主要設備技術特點

1)旋風除塵器:利用旋轉氣流產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，工業上已有100多年的應用歷史。如(圖1)旋風除塵器原理圖所示，含塵氣流由進口沿切線方向進入除塵器后，沿器壁由上而下旋轉運動，這股旋轉向下的氣流稱為外渦旋，外渦旋到達錐體底部轉而沿軸心向上旋轉，最后經排出管排出。這股向上旋轉的氣流稱為內渦旋。外渦旋和內渦旋的旋轉方向相同，含塵氣流作旋轉運動時，塵粒在慣性離心力推動下移向外，到達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時，頂部壓力下降，一部分氣流會帶著細塵粒沿外壁面旋轉向上，到達頂部后，再沿排出管旋轉向下，從排出管排出。這股轉向上的氣流稱為上渦旋。本系統正是利用旋風除塵器將垃圾與輸送垃圾的空氣分離開來。

2)離心式抽風機:將離心式通風機的進風口和出風口分別接到系統的出風口和進風口。當電機轉動時，風機的葉輪隨著轉動，葉輪在旋轉時產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殼中，由于速度慢，壓力高，空氣便從通風機排出流出管道。當葉輪中的空氣被排出后，就輸送管道內就形成了負壓，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，葉輪不斷旋轉空氣也就在抽風機的作用下，在管道中不斷流動。本系統共有三臺抽風機組成，其中二臺運行，一臺處于備用狀態，每二十四小時輪流輪換，實際上一臺抽風最多連續工作四十八個小時。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能。

3)PLC控制器:系統的主控制器采用工業控制常用的PLC控制。可編程序邏輯控制器PLC是一種數字運算操作的電子系統，用于取代繼電接觸器控制，專為工業環境下應用而設計。可靠性高，抗干擾能力強，功能和擴展能力強大等特點，隨著收集點的增加及工藝改進可以方便實現系統擴展和更新，而無需更換整套控制系統。

4)壓縮空氣系統:壓縮空氣機及遍布的壓縮氣體管道組成的氣動執行機構，氣動執行機構非常通用，不需要電源并且結構簡單，性能可靠，應用的領域非常廣泛。遍布整個工程的20個收集點的第二道門和初級進裝置開關動作，收集中心各種開關動作全部由壓縮空氣作為執行機構，簡單可靠。

圖1 旋風除塵器原理圖

3.3 系統的工作原理

系統共有四種操作模式分別為:1)待命模式:收集點無人投放垃圾，管道內無雜物，系統不運行處于待命狀態;2)輸送模式:垃圾投入收集點15秒內為輸送狀態，此時系統全速運作;3)清洗模式:輸送模式結束后，系統將管道內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，離心抽風機的工作頻率將由50Hz減少至10Hz，收集點的所有門都將關閉，此過程持續一分鐘，如果收集點沒有人投放垃圾，系統將轉入待命模式。通過四種工作模式的轉換可以大大節約電能，提高效率。

圖2 垃圾收集流程圖

圖3 垃圾收集點示意圖

圖4 垃圾集中心平面圖

垃圾收集流程圖所示(圖2)，首先經過培訓的收集點工作人員用鑰匙打開收集點(圖3)的第一道門后，主控制盤發出啟動系統工作的指令，離心抽風機啟動開始抽走管道內的空氣并逐漸形成負壓氣流，旋風除塵器隨離心抽風機一起啟動準備進行分離工作，同時通過壓縮空氣系統開啟相應收集點第二道門和其上方的初級進氣裝置。等待收集點第二道門完全開啟后，將垃圾直接投入管道系統中，隨后第二道門在設置的時間內自動關閉，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，第一道門將自動關閉。垃圾在負壓氣流的作用下通過管道系統以大約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入旋風除塵器內，經旋風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動，掉入垃圾壓實機，系統檢測到有垃圾掉入，打開平時處于關閉的垃圾集裝箱門，將其壓實推擠壓進垃圾集裝箱內，等待集裝箱完全裝滿壓實后，最后通過傳送系統將集裝箱由裝載位移至運載位后由垃圾運輸車拉走，進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動，經過氣流控制器、離心抽風機到達系統的過濾中心，第一步先經過除濕器進行除濕處理，第二步經除塵篩去除細小塵埃，第三步氣流經過活性碳進行殺菌和消毒處理，最后將處理完并符合排放標準的氣流排放進大氣。

圖5 垃圾收集中心A－A剖面圖

20個垃圾收集點不可以同時操作，而由主控制盤決定投放垃圾的次序;三臺離心抽風機二用一備并進行24小時輪換;主控制盤與遠程控制盤利用多模光纖進行聯接，實際多個信號同步雙向傳輸控制，提高系統的反應速度及可靠性;垃圾收集點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程序進行自動控制，無需其它工作人員參與完全實行自動化。

3.4 系統檢修及維護

為便于清理管道阻塞，分別在管道轉彎處、分支位置和直線每隔50m處設置檢修口。系統的電氣系統每個月定期檢查，機械部分每季度進行檢查，整個系統每年進行一次全面的檢查。經過培訓收集點工作中員及相關工作人員，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收集口操作，使垃圾收集系統出現阻塞的可能性大大降低，同時對管道壁的磨損也減至最小。經過一段時間的輸送運作，管道壁將變得越來越光滑更加有利于垃圾的輸送。

4 環保節能

封閉式垃圾自動收集系統因為其自身的優點提升了公共衛生的質量，避免了垃圾收運的二次污染，大幅降低了疾病傳播的風險;避免了垃圾儲存及收運帶來的蚊蟲鼠蟻蒼蠅的滋擾，有效地提升了社區生活垃圾前端收集的水平，及公共衛生管理的安全系數;緩解了垃圾污染造成的生態壓力，提高了環境品質，美化了社區環境，全面實現了垃圾收運的“地上到地下”、“暴露到封閉”、“人工到自動”的三大轉變，

封閉式垃圾自動收集系統具有以下三個特點:第一、封閉式運送。系統是通過預埋的管道進行垃圾收集，投放的垃圾直接進入輸送管道，分次被抽送到垃圾收集中心，并壓縮推進到密封的垃圾集裝箱里，等待環衛卡車運往填埋場或焚燒廠等處理。整個的收集過程，垃圾都處于密封的狀態中與人隔離;第二、自動化控制。系統通過PLC自動化控制程序將散落在各處的垃圾統一運輸送到垃圾收集中心，實現從人工到自動化的轉變，并可在無人監控下24小時連續工作;第三、無污染，無臭味，無噪音。垃圾的整個收集過程在封閉的管道內進行，杜絕污染，告別噪音，遠離污染。

5 應用前景

新加坡可持續發展跨部門委員會(IMCSD)提出“到2030年，新加坡至少八成的建筑達到綠色建筑標準”的目標，對此新加坡建設局提出綠色標志計劃和相應的獎勵計劃。封閉式垃圾自動收集系統完全符合綠色建筑概念并已經獲得當地政府的認證為建筑綠色標志的加分項目。韓國的有些城市，就立法規定，建設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。中國環境保護部及各地方的環境局也出臺相關的獎勵政策提倡節能減排，低碳生活。隨著綠色環保生態的理念深入人心，封閉式垃圾自動收集系統將像煤氣管道，電力管線一樣納入城市基礎設施的一部分，即能體現一個城市的品質，也為城市的生態保護與建設提供支持。

如將封閉式垃圾自動收集系統進一步與垃圾焚燒發電廠和垃圾回收利用站進行有效地結合，將各個社區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，同時將不可回收利用的垃圾直接送至垃圾焚燒發電系統進行發電轉化成電能并入公共電網。從而最大限度地發揮垃圾全封閉處理系統，達到零排放零污染，即產生了生態環保的社會效益，又產生了回收利用材料和電能的雙重經濟效益。

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