垃圾自动收集系统在圣陶沙名胜世界的应用

王洪铨

(福建成瑞建筑设计有限公司 福建厦门 361000)

1 工程概况

1.1 圣陶沙名胜世界项目概况

新加坡圣陶沙名胜世界是一座集游乐休闲和博彩业于一体的综合娱乐城，坐落在新加坡旅游胜地圣陶沙岛上，占地面积49万平方米。包括名胜世界娱乐场、康乐福豪华酒店、迈克尔酒店、新加坡 Hard Rock酒店和节庆酒店、新加坡环球影城、海洋生物园、海事博物馆、亚洲最大规模宴会厅及长达半公里的节庆大道。

1.2 应用概况

封闭式垃圾自动收集系统在圣陶沙名胜世界项目中设立20个收集点，分别分布在迈克尔酒店、康乐福豪华酒店、节庆酒店、新加坡Hard Rock酒店、节庆大道和新加坡环球影城等建筑物范围内，所有收集点通过直径406mm，总长2000多米的真空管道系统连接至新加坡Hard Rock酒店地下二层垃圾收集中心。此收集中心的主要设备包括离心抽风机、旋风除尘器、垃圾压实机、垃圾集装箱、垃圾集装箱传送系统、过滤系统、空气压缩系统和主控制盘等。

此收集系统由位于收集中心三台离心抽风机(轮流两用一备)在输送管道内产生负压气流，利用气流将垃圾从20个收集点输送至垃圾收集中心，再经收集中心主设备旋风除尘器将垃圾和输送垃圾的气流分离，然后由垃圾压实机将垃圾压实装进垃圾集装箱内，之后由环卫垃圾车定期将装满垃圾的集装箱运走并进行其它无害化处理，输送垃圾的气流则经过收集中心除尘、除湿、杀菌和消毒设备处理后排放进大气。

2 系统历史及现状

气力输送是利用气流在管道中输送粉粒状物料的一种方法，也就是利用具有一定压力和一定速度的气流，来输送粉粒物料的一种输送装置。1883年在俄国彼得堡港出现了第一台来卸船仓散装粮食的气力吸粮机，1893年英国也出现了固定式吸粮机，后来世界各港口广泛用气力输送装置来卸运粮食。气力输送发展迅速，在粮食、水泥、粉煤灰、化工物料、矿粉、食盐、面粉、玻璃配合料、型砂等各工业部门得到广泛应用。随着输送距离的增长和应用的广泛，气力输送技术不断在发展，由最初第一代气力输送装置发展到第二代气力输送装置，直到现在的第三代气力输送装置。封闭式垃圾自动收集系统就是气力输送在垃圾收集系统中应该的例子。

1961年瑞典恩华特集团始创的封闭式垃圾自动收集系统，最早用于医院医疗垃圾的收集。随着应用的深入，逐步延伸到日常生活中各类垃圾的收集。美国、日本、德国、斯德哥尔摩、巴塞罗那、迪拜、汉城、新加坡、香港、澳门、台北等多个国家和地区，以及中国内地一线城市如北京、广州、上海、三亚都有应用此垃圾收集系统。该系统是发达国家近年来发展使用的一种高效、环保的垃圾收集方法，应用广泛且技术已经相对成熟，广泛服务于住宅区、商业区、机场和医院等场所。香港的葵涌、中国台北的101大厦、北京的国际中心、上海的泰晤士小镇、上海浦东国际机场、上海世界博览会及广州白云新国际机场等都使用了该系统，一些城市在市政建设和规划时也开始考虑使用垃圾自动收集系统。

3 系统主要设备及工作原理

3.1 设备及材料列表

本系统设备材料及简单的功能参照下表:

设备材料 位置 功能描述垃圾投放口 收集点 双层门结构，第一道门手动，第二道门气动。收集点 收集点的进风口，当系统启动时，开启用于进风。远程控制盘 收集点 主控制盘通过其控制收集点的所有设备。初级进风装置由压力传感器、过滤器，球阀和钢管组成。将压缩空气系统中的空气由10bar减少到所需的压力用于开关初级进装置和投放口第二道门。旋风除尘器 收集中心 旋风离心分离机进行分离。垃圾压实机 收集中心 将旋风除尘机分离出来的垃圾推挤压实进垃圾集装箱内。压缩空气装置收集点垃圾集装箱 收集中心 存储垃圾，内部真空。集装箱传送机收集中心 传送垃圾集装箱。离心抽风机 收集中心 三台抽风机，二用一备且互为备用。流量控制阀 收集中心由喉管、调节蝶阀和压差分析仪组成，安装于旋风除尘机与离心抽风机之间用风速调节。安装于旋风除尘机与流量控制阀之间用于防止垃圾从旋风除尘机进入流量控制阀和离心抽风机。过滤装置 收集中心 第一步除湿，第二步除尘，第三步用活性碳杀菌和除臭。空气压缩 收集中心 产生干燥压缩空气通过管道系统控制系统各个阀门开关。风机保护箱 收集中心主控制盘 收集中心由主配电盘，离心抽风机变频器，PLC控制器组成。在触摸屏上进行系统参数设置及控制。低碳钢管 全系统低碳钢管强度、硬度低、塑性、韧性高，焊接性能好，碳含量低也带来了较好的抗腐蚀性。钢管外包裹隔音棉用于隔音降噪。

3.2 主要设备技术特点

1)旋风除尘器:利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的，用来分离粒径大于5～10μm以上的颗粒物，工业上已有100多年的应用历史。如(图1)旋风除尘器原理图所示，含尘气流由进口沿切线方向进入除尘器后，沿器壁由上而下旋转运动，这股旋转向下的气流称为外涡旋，外涡旋到达锥体底部转而沿轴心向上旋转，最后经排出管排出。这股向上旋转的气流称为内涡旋。外涡旋和内涡旋的旋转方向相同，含尘气流作旋转运动时，尘粒在惯性离心力推动下移向外，到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部压力下降，一部分气流会带着细尘粒沿外壁面旋转向上，到达顶部后，再沿排出管旋转向下，从排出管排出。这股转向上的气流称为上涡旋。本系统正是利用旋风除尘器将垃圾与输送垃圾的空气分离开来。

2)离心式抽风机:将离心式通风机的进风口和出风口分别接到系统的出风口和进风口。当电机转动时，风机的叶轮随着转动，叶轮在旋转时产生离心力将管道空气从叶轮中甩出，空气从叶轮中甩出后汇集在机壳中，由于速度慢，压力高，空气便从通风机排出流出管道。当叶轮中的空气被排出后，就输送管道内就形成了负压，出气口外面的空气压力高于大气压，在压差的作用下自然排至大气中，因此，叶轮不断旋转空气也就在抽风机的作用下，在管道中不断流动。本系统共有三台抽风机组成，其中二台运行，一台处于备用状态，每二十四小时轮流轮换，实际上一台抽风最多连续工作四十八个小时。由于采用变频控制方式，比较采用一般的控制方式更省电节能。

3)PLC控制器:系统的主控制器采用工业控制常用的PLC控制。可编程序逻辑控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统，用于取代继电接触器控制，专为工业环境下应用而设计。可靠性高，抗干扰能力强，功能和扩展能力强大等特点，随着收集点的增加及工艺改进可以方便实现系统扩展和更新，而无需更换整套控制系统。

4)压缩空气系统:压缩空气机及遍布的压缩气体管道组成的气动执行机构，气动执行机构非常通用，不需要电源并且结构简单，性能可靠，应用的领域非常广泛。遍布整个工程的20个收集点的第二道门和初级进装置开关动作，收集中心各种开关动作全部由压缩空气作为执行机构，简单可靠。

图1 旋风除尘器原理图

3.3 系统的工作原理

系统共有四种操作模式分别为:1)待命模式:收集点无人投放垃圾，管道内无杂物，系统不运行处于待命状态;2)输送模式:垃圾投入收集点15秒内为输送状态，此时系统全速运作;3)清洗模式:输送模式结束后，系统将管道内剩余杂物输送至收集中心的过程;4)空载模式:清洗模式过后，离心抽风机的工作频率将由50Hz减少至10Hz，收集点的所有门都将关闭，此过程持续一分钟，如果收集点没有人投放垃圾，系统将转入待命模式。通过四种工作模式的转换可以大大节约电能，提高效率。

图2 垃圾收集流程图

图3 垃圾收集点示意图

图4 垃圾集中心平面图

垃圾收集流程图所示(图2)，首先经过培训的收集点工作人员用钥匙打开收集点(图3)的第一道门后，主控制盘发出启动系统工作的指令，离心抽风机启动开始抽走管道内的空气并逐渐形成负压气流，旋风除尘器随离心抽风机一起启动准备进行分离工作，同时通过压缩空气系统开启相应收集点第二道门和其上方的初级进气装置。等待收集点第二道门完全开启后，将垃圾直接投入管道系统中，随后第二道门在设置的时间内自动关闭，如果垃圾比较多可以通过钥匙再次开启第二道门投入垃圾。在15秒后或者拨掉钥匙后，第一道门将自动关闭。垃圾在负压气流的作用下通过管道系统以大约50m/s的速度被输送到中央收集站(图4、图5)。紧接着垃圾和输送空气流一起进入旋风除尘器内，经旋风除尘器的巨大离心力作用，垃圾由比重较大的在离心力的作用下向下运动，掉入垃圾压实机，系统检测到有垃圾掉入，打开平时处于关闭的垃圾集装箱门，将其压实推挤压进垃圾集装箱内，等待集装箱完全装满压实后，最后通过传送系统将集装箱由装载位移至运载位后由垃圾运输车拉走，进行填埋或焚烧等处理;另外输送气流由于比重较轻在分离力的作用下向上运动，经过气流控制器、离心抽风机到达系统的过滤中心，第一步先经过除湿器进行除湿处理，第二步经除尘筛去除细小尘埃，第三步气流经过活性碳进行杀菌和消毒处理，最后将处理完并符合排放标准的气流排放进大气。

图5 垃圾收集中心A－A剖面图

20个垃圾收集点不可以同时操作，而由主控制盘决定投放垃圾的次序;三台离心抽风机二用一备并进行24小时轮换;主控制盘与远程控制盘利用多模光纤进行联接，实际多个信号同步双向传输控制，提高系统的反应速度及可靠性;垃圾收集点的工作人员人工投入垃圾后，余下的工作全部由主控制盘根据程序进行自动控制，无需其它工作人员参与完全实行自动化。

3.4 系统检修及维护

为便于清理管道阻塞，分别在管道转弯处、分支位置和直线每隔50m处设置检修口。系统的电气系统每个月定期检查，机械部分每季度进行检查，整个系统每年进行一次全面的检查。经过培训收集点工作中员及相关工作人员，将垃圾分成可自动收集和非自动收集两类，从而可以有效地减少非许可的垃圾投放，并且一次只允许一个收集口操作，使垃圾收集系统出现阻塞的可能性大大降低，同时对管道壁的磨损也减至最小。经过一段时间的输送运作，管道壁将变得越来越光滑更加有利于垃圾的输送。

4 环保节能

封闭式垃圾自动收集系统因为其自身的优点提升了公共卫生的质量，避免了垃圾收运的二次污染，大幅降低了疾病传播的风险;避免了垃圾储存及收运带来的蚊虫鼠蚁苍蝇的滋扰，有效地提升了社区生活垃圾前端收集的水平，及公共卫生管理的安全系数;缓解了垃圾污染造成的生态压力，提高了环境品质，美化了社区环境，全面实现了垃圾收运的“地上到地下”、“暴露到封闭”、“人工到自动”的三大转变，

封闭式垃圾自动收集系统具有以下三个特点:第一、封闭式运送。系统是通过预埋的管道进行垃圾收集，投放的垃圾直接进入输送管道，分次被抽送到垃圾收集中心，并压缩推进到密封的垃圾集装箱里，等待环卫卡车运往填埋场或焚烧厂等处理。整个的收集过程，垃圾都处于密封的状态中与人隔离;第二、自动化控制。系统通过PLC自动化控制程序将散落在各处的垃圾统一运输送到垃圾收集中心，实现从人工到自动化的转变，并可在无人监控下24小时连续工作;第三、无污染，无臭味，无噪音。垃圾的整个收集过程在封闭的管道内进行，杜绝污染，告别噪音，远离污染。

5 应用前景

新加坡可持续发展跨部门委员会(IMCSD)提出“到2030年，新加坡至少八成的建筑达到绿色建筑标准”的目标，对此新加坡建设局提出绿色标志计划和相应的奖励计划。封闭式垃圾自动收集系统完全符合绿色建筑概念并已经获得当地政府的认证为建筑绿色标志的加分项目。韩国的有些城市，就立法规定，建设500套以上的公寓式住宅就必须安装封闭式垃圾自动收集系统。中国环境保护部及各地方的环境局也出台相关的奖励政策提倡节能减排，低碳生活。随着绿色环保生态的理念深入人心，封闭式垃圾自动收集系统将像煤气管道，电力管线一样纳入城市基础设施的一部分，即能体现一个城市的品质，也为城市的生态保护与建设提供支持。

如将封闭式垃圾自动收集系统进一步与垃圾焚烧发电厂和垃圾回收利用站进行有效地结合，将各个社区和建筑的各类垃圾通过遍布的城市的管道直接输送至垃圾回收处理中心，分检出可回收利用的垃圾变废为宝，同时将不可回收利用的垃圾直接送至垃圾焚烧发电系统进行发电转化成电能并入公共电网。从而最大限度地发挥垃圾全封闭处理系统，达到零排放零污染，即产生了生态环保的社会效益，又产生了回收利用材料和电能的双重经济效益。

[1]李诗久，周晓君.气力输送理论与应用[M].机械工业出版社.1992.

[2]王兆义.小型可编程控制器实用技术[M].机械工业出版社.2004.

[3]孙一坚.工业通风[M].北京:中国建筑工 业出版社.1994.