中小城市(城鎮)垃圾轉運系統優化設計研究
1 前言
以長江三角洲和珠江三角洲地區為代表的小城鎮是我國城市化進程的主流。與大中城市相比，它們的共同特點是經濟發展快，人口密度較小，城鎮基礎設施建設相對滯后。南方沿海部分城市的實地考察和調研表明[1]，我國城鎮垃圾轉運系統建設及設備配置現狀令人擔憂，其建設與運營管理整體水平距大中城市相差甚遠。具體表現在[2，3]：沒有全面、長遠的垃圾轉運系統的建設規劃，垃圾轉運站的建設與運營管理隨意性大；垃圾轉運設施與設備的投入不足，設施結構簡陋，轉運過程存在一定程度的二次污染；盲目套用大城市垃圾轉運模式及設施、設備的配置方式，造成大馬拉小車，好看不中用的尷尬局面；在條件較好的城鎮，存在追求轉運系統小而全的現象，在轉運站內配置備用車輛、機修間，甚至生活輔助設施，導致投資效益降低；機械設備型號、規格混亂，沒有通用性和規范化，不便于建設與運行管理。
2 垃圾轉運系統及轉運站的基本功能與要求
轉運系統是垃圾源頭管理系統與無害化處理及資源回收系統之間的重要銜接部分[4]。一方面，其上游的源頭管理系統需要適當的收運系統與之配合，提供源頭垃圾的疏排途經；另一方面，其下游的無害化處理及資源回收系統又對收運系統提出了相應要求，甚至限制條件。
垃圾轉運站則是該系統主題設施和關鍵環節。因為它的選點、規模、類型、結構，以及轉運工藝技術特點，不僅直接決定了垃圾轉運系統功能狀態及所需的建設投資，而且會影響系統上下游相關系統的建設與運行。因此，進行垃圾轉運站規劃設計時，必須考慮轉運方式對其前后相關工藝或工序的協調，尤其是對下游轉運車輛的數量、規模及裝、卸料形式等要求。一般情況下，在進行轉運站設計時通常考慮的兩個問題是滿足基本轉運能力和減少建設投資。但是，一個技術先進、配置合理、適應未來發展要求的轉運系統，可能比一次投資較少、滿足當前要求的轉運系統更具長效經濟性和較好的綜合效益。
3 中小城市(城鎮)垃圾轉運系統及設備配置模式
3.1垃圾轉運系統及設備基本模式
基于系統管理和資源合理配置的要求，以及對城鎮垃圾轉運系統設計及設備配置的合理性和實用性的全面考慮，確定垃圾轉運系統及設備基本思路為：遵循模塊化設計理念設定垃圾轉運模式——即轉運系統設計及車輛配置不能限于追求局部或單一環節的最優，而應按照規范化和通用性的基本原則，在垃圾轉運站的設計中，采用成熟、成套的技術及同規格(參數)設備，由其組合構建轉運系統主體設施及輔助設施，以求項目建設階段的高速、高效和運行管理過程的方便、經濟[5]。
3.2轉運系統的框架體系
垃圾轉運系統按照其結構特征及相應功能可劃分為三個層次：作業單元、轉運站和轉運系統。作業單元是指完成垃圾轉運這一特定功能的基本組合，在該單元中最少需要一臺填裝機，一套受料/載運設備(如一臺車底盤和兩個箱體)；轉運站是由若干作業單元構成，服務于特定區域且具備一定規模能力的垃圾轉運設施；而轉運系統則指其服務區域內的若干垃圾轉運站合理布局和可靠運行的功能組合，即多個作業單元組成轉運站，多個轉運站又組成轉運系統。車輛包括作業車輛和備用車輛，作業車輛是指維持系統內正常運行所需要的轉運車輛，備用車輛則是指系統某一環節發生故障時或系統發生變化時具備替換或調整功能的作業車輛。
設備配置的原則和要求是，既要滿足單元、設施和系統三個層次的功能要求，保證連續作業，防止設備堵塞、垃圾撒落；又要盡量節省投資，提高效率，并增強風險抵御能力。具體方法是，運用模塊化設計理念，以專業模塊構成的作業單元實現垃圾轉運基本工藝要求，在此基礎上進行科學的多單元整合與多種技術的有效集成，以滿足轉運設施的要求，進而實現轉運系統內技術與設備的合理配置。系統結構如圖所示。
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圖 垃圾轉運系統模塊化設計層次結構
3.3轉運設備的選型設計
作為中轉運輸的專用車輛，常用規格有5噸(容積：8～10m3)，8噸(容積：12～16m3)、12～16噸(容積：16～24m3)等幾類。對中小城市(城鎮)而言，運距和運輸量都不大，大多宜選用中型車輛作為二次運輸工具。
按車輛運輸過程中，箱體是否可密閉，可分為敞開式、半封閉式和封閉式3種；按轉運時垃圾是否經過壓縮，車輛可分為壓縮式轉運車輛和非壓縮式轉運車輛；按車箱的結構形式，可分為車箱一體式和車箱分離式等。
車輛的基本功能、構造形式都會隨著需求水平提高和實踐完善程度而發展。目前，垃圾轉運車的底盤、密封式箱體和填裝機三分離的成套設備是最受歡迎的垃圾轉運組合形式之一。它的特點是組合靈活，轉運效率高，能有效防治二次污染，較適合組建不同規模的城鎮垃圾轉運系統。
在車輛選型時，還要考慮車輛接收、卸料和后續工藝的要求。如果后續環節具有分選及回收功能，則運輸容器的填裝壓縮比不宜太大，以2∶1左右為佳。載運容器的物料密度太小，會造成車輛運輸能力過剩，經濟上不合算；反之，過度壓縮，雖然能提高運輸效率，但又可能導致進一步分選、回收困難。
3.4各個層次設備配置
3.4.1作業單元設備配置
一個最小的作業單元需要配置一臺填裝機，一輛作業車輛底盤和兩個箱體。
3.4.2轉運站的設備配置
根據作業單元的工作效率和系統單元的處理能力，確定作業單元的個數m和作業車輛底盤個數n(其中n≤m)，則轉運系統應配置箱體個數為n+m-1，其中每個作業單元配置一臺填裝機，即填裝機為m個。
3.4.3轉運站設計規模與作業單元數量確定
轉運站設計規模Q設由若干相同的作業單元轉運能力Q單元構成。作業單元數量n依據轉運站的理論設計規模Q設’和作業單元轉運能力Q單元的商取整；Q設’以轉運站的保證轉運能力Q0為基礎，并考慮季節性等因素K波動的影響。即：
Q設’=K波動•Q0(1)
n=[Q設’/Q單元](2)
Q設=n*Q單元(3)
式中，[]為高斯取整函數符號。
3.4.4轉運系統規模能力設計
以上配置是以設備的正常運行為前提，但實際工程中不可避免存在設備故障或外部條件(水、電等)變化等問題。因此，轉運系統的設備配置必須考慮非正常情況下仍能保持其基本功能，也就是說從系統運行穩定性和抗風險能力出發考慮各個環節的銜接及設備配置，進行轉運系統備用生產能力和抗風險能力的整體配置，即系統內的所有轉運站共同使用數臺備用車輛。同理，考慮到城鎮垃圾轉運系統轄區面積不大、轉運站規模有限、運距不遠的特點，原則上轉運系統只需一個車輛維修點，甚至取消自備維修點，將此項工作社會化。
因此，轉運系統規模能力應該是系統內所有轉運站設計轉運能力Q設與系統備用設備轉運能力Q備之和，即
Q系=Q設+Q備(4)
4 垃圾轉運站方案優化設計實例
某市中心城區面積172平方公里；現狀人口總數54.53萬(2002年10月)；日排放生活垃圾400余噸。預測2010年，轄區服務人口達60萬，垃圾收集、轉運系統應具備日消納800噸垃圾的能力。中心城區轉運站由城區周邊的五個中等規模垃圾轉運站和一個中小型水陸兩用垃圾轉運站構成[2]。
經調研及綜合分析，決定采用工藝較成熟，操作可靠，維修簡易，成本較低的固定式直接填裝式轉運模式。該方案將壓縮裝置、箱體、車底盤三者分離，尤其是一車多箱的配置，既有操作的靈活性，縮短了車輛等待裝填的時間，又減少了車輛的數量和周轉次數，大量節省了轉運站的投資和運營成本。
該系統及其轉運站主要技術參數如表所示。
表 中心城區垃圾轉運系統(轉運站)的設施規模及設備配置方案 |
5 結束語
本研究范例是針對典型城鎮基礎設施建設而言，對于發展中的中小城市與小城鎮有參考作用與借鑒意義。
當若干鎮區進行區域性劃分或整合后，再采用上述模式和方法進行城鎮垃圾轉運系統設計時，可以看做是多個轉運子系統的科學組合。此時，整個系統將由三個層次擴展為作業單元、轉運站、轉運子系統和轉運調控總系統的四個層次。
應該認識到，垃圾轉運設施與設備作為一種廣義的資源，既可作為物質條件存在，又是技術進步的表現。其優化組合的意義不僅僅是優化技術經濟指標、節省投資，更重要的是合理利用各類資源，防治二次污染，保護生態環境，以求長遠的綜合效益。因此，有必要對這些細節進行深入探討和研究。
參考文獻：
[1]陳海濱，等.中山市中心城區垃圾轉運系統(轉運站)調整、擴建可行性研究[R].武漢：華中科技大學環境學院，2003205.
[2]陳海濱，等.中山市市域垃圾處理設施建設布局研究[J].環境衛生工程，2000，8(3)：93-96.
[3]劉晶昊，熊小玲1沿海地區小城鎮環衛設施布局規劃研究[A].第一屆國際固體廢物處理技術與設備研討會論文集[C].北京：中國城市環境衛生協會，2002-05.171-173.
[4] Georage Tchobanoglous , Hilary Theisen , Samnle Vigil. Integrated Solid Waste Management : Engineering Principles and Management Issues[M].Beijing : Tsinghua University press ,2000. 325-360.
[5]陳海濱,等. 城鎮垃圾轉運站模塊化設計研究[J].環境衛生工程,2003 ,11 (2) :97-100.
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