垃圾轉運站垃圾滲濾液轉運設備研發

楊益洲 邱小燕 張 輝

（揚州市職業大學，揚州 225012）

1 技術背景

隨著我國農村經濟和城鎮化的不斷發展，鄉鎮區域生活垃圾帶來的環境污染日益嚴重。我國農村生活垃圾產生量每年約2億噸，每天人均垃圾產生量約為0.8 kg，無害化處理率為65%。住建部2017年城鄉建設統計年鑒中顯示，全國生活垃圾中轉站建成數量中，鎮級約為27 657座，鄉級約為10 433座，共計38 090座。為了加強農村生活垃圾無害化處理，近些年大量鄉鎮垃圾中轉站建成投入使用，目前在用約5萬座。

垃圾滲濾液是指生活垃圾在填埋過程中由于微生物作用而產生的有機廢水。隨著我國城市建設的快速發展，城市生活垃圾量每年遞增，因此對城市生活垃圾的合理化處理尤為重要。垃圾滲濾液排放過程中，滲濾液是否達標是衡量垃圾站場是否達標的重要指標之一。對于垃圾滲濾液的處理[1]，不僅需要深入分析垃圾滲濾液的處理工藝，而且需要研發垃圾滲濾液的收集與轉運裝備。目前，我國的滲濾液收集轉運主要采用重力流動式收集，同時挖深溝收集池，使滲濾液在重力作用下流進收集池，再由排污泵排走或者由吸污車運走。這一處理方式遺撒量大，無法控制處理過程產生的臭氣[2]，且收集池經常滿溢，因此需研發新的滲濾液收集轉運設備。

本文設計了垃圾轉運站垃圾滲濾液轉運設備，能夠從垃圾源頭將滲濾液吸到真空罐內，通過氣流轉換閥增大罐內空氣壓強，從而將滲濾液壓排到污水處理站。整個處理過程均在密閉管道中進行，避免了滲濾液泄漏[3]。罐體內帶有固液分離系統，能夠分離并收集塑料袋、竹簽等大塊雜物，從而減輕了污水處理廠的過濾工作量，降低了污水處理成本，且雜物分離能夠避免管道的堵塞，方便維護保養。

2 系統流程

垃圾壓縮機擠壓壓縮箱中的垃圾時，轉運設備會同步收到真空泵站啟動信號，并打開吸污閥。壓縮箱內擠壓出來的滲濾液會迅速流入真空收集管道。真空管網中的空氣壓差為滲濾液的流動提供動力，從而將滲濾液輸送至真空罐。若吸污口被垃圾堵塞，可手動正壓排堵，系統迅速由負壓變正壓疏通吸污口，完畢后再切換至自動狀態，然后系統繼續自動吸污。當壓縮設備停止工作時，吸污閥不關閉，系統自動開啟排污閥，真空罐內污水順著排污管道自流至滲濾液收集池。若發現自流排污管道被堵，可選擇手動正壓排污，系統會迅速轉變壓差而疏通排污口。垃圾滲濾液的處理流程及設備原理，分別如圖1和圖2所示。

圖1 設備運行原理圖

圖2 系統流程圖

3 設計計算

3.1 污水量

垃圾轉運站單機的排水量為24 m3·d-1，按每天工作12 h計算，則單位時間內的排水量Qw為2 m3·h-1。

3.2 空氣量

根據污水廠設計標準[4]，取氣液比AWR為5，則有：

式中：QL為每小時最大空氣量（在20 ℃、1個標準大氣壓下），單位為m3·h-1；Qw為每小時最大污水流量，單位為m3·h-1；AWR為氣液比（平均值）。

于是，計算得QL=10 m3·h-1。

3.3 真空泵選型計算

真空排水系統運行時，高峰流量的所需氣體QLvS為：

式中：SF為安全系數；QL為真空體積，單位為m3；Pa為瞬時壓強，單位為MPa；Pave為平均壓強，單位為MPa。

根據真空泵選型手冊，選取風冷旋片式真空泵，如圖3所示，功率為4.8 kW，抽氣量為156 m3·h-1。

圖3 真空泵實物圖

3.4 真空罐選型計算

該真空抽吸系統方案是單機吸排[5]，每吸一次就會排一次。根據系統需求，選用罐體體積約為2.5 m3。

真空罐壁厚計算公式如下：

式中：P為單位面積壓強，P=10 kg·cm-2；Di為直徑，Di1 500 mm；σ為許用應力，σ=1 080 kgf·cm-2；Φ為焊縫系數，取0.85；C為壁厚附加量，取1 mm。

根據計算，可采用6 mm高強度鋼制造罐體，以保證耐腐蝕性和抗壓能力。壓力罐實物圖如圖4所示。

圖4 壓力罐實物圖

4 控制系統設計

垃圾滲濾液轉運設備是能夠實時監測壓力和液位的全自動裝置。該裝置可以通過液位傳感器和壓力傳感器，將溫度信號和壓力信號傳送給模擬量人工智能（Artificial Intelligence，AI）模塊。系統中的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）通過采集數據對相應的閥門作出相應的動作，以此完成制造負壓（真空）環境的目的。若有污水進入吸污管道，系統會做出相應的抽吸動作，從而實現整套系統的運行。

真空泵主要依靠變頻器驅動三相異步電機進行工作。變頻器采用西門子V20的變頻器，其中V20通過RS485通用串行接口（Universal Serial interface Protocol，USS）協議與PLC進行通信連接，如圖5所示。

在設備運行過程中，需要采集液位和壓力信號。假設模擬量的標準電信號是A0～Am（如4～20 mA），則A/D轉換后數值為D0～Dm（如5 530～27 648）。設模擬量的標準電信號是A，A/D轉換后的相應數值為D。由于是線性關系，函數關系A=f(D)可以表示為數學方程：

根據式（4），建立SCALE信號采集子程序，如圖6所示。

圖6 信號采集子程序

5 結語

本次設計的垃圾滲濾液轉運設備在相關垃圾轉運站投入使用后達到了預定的效果，設備運行穩定可靠，控制了垃圾轉運站滲濾液的滲漏問題，大大降低了垃圾轉運站對污水排放管道的污染和工作人員的工作強度，提高了垃圾轉運站的自動化程度。若垃圾轉運站需要擴容，只要修改液位的參數即可滿足要求，為以后系統的進一步改造提供了保障，也節省了后續資金成本的投入。