智能环保型垃圾压缩中转站应用介绍

刘 虎

(海沃机械(中国)有限公司)

智能环保型垃圾压缩中转站应用介绍

刘 虎

(海沃机械(中国)有限公司)

系统介绍2016年底投入使用的南京城南生活垃圾转运站的建设背景、设备构成及操作要领。该站具有工艺先进、智能高效、系统集成度高等诸多优点，已成为全国环卫行业大型垃圾中转站的重要参观学习单位，成为我国大型垃圾中转站新的风向标。

智能 环保 垃圾压缩 应用

不久前投入使用的南京城南生活垃圾转运站，是目前国内工艺最先进、自动化程度最高，同时也是系统集成度最高的垃圾转运站，也是江苏省内规模最大的垃圾转运站，属于大型智能环保型压缩式垃圾转运站(中转站)。

1 南京城南生活垃圾转运站简介

南京城南生活垃圾转运站(图1)，位于南京雨花台区，紧临南京绕城高速，主要负责雨花区、建邺区、秦淮区、玄武区范围内的生活垃圾压缩转运；垃圾经压缩处理后，再密闭运往江南垃圾焚烧厂。

该站于2014年初由南京城建集团组织立项；2015年8月开工建设；2016年6月进入系统联机测试阶段，测试采用垃圾量递增的平缓过渡策略，从100 t/d的单机测试开始，直到满足日转运垃圾量1 500 t的设计能力；至2016年底正式投入使用。

该转运站占地约26亩，配置5套水平式压缩主机，可同时满足10辆收集车卸料；配备32个箱体，可卸式转运车18辆；设计生活垃圾转运能力1 500 t/d，设计污水处理能力120 t/d。

该转运站有5大优势：

(1)采用欧洲最先进的水平直压式压缩工艺，智能环保，节能高效；

(2)采用智能交通指挥系统，实现收集车的自动精准派位，站内车辆调度安全有序；

(3)采用渗滤液真空收集系统，彻底解决了站内污水的二次污染，并降低冲洗成本；

(4)站内污水处理达纳管排放、臭气处理满足国家二级排放标准；

(5)垃圾压缩、污水与臭气处理等8大系统高度集成控制，轻松掌控全局。

2 中转站设计要求与思路

2.1 工艺设计输入

(1)处理的垃圾种类：城市生活垃圾(含厨余垃圾)；

(2)垃圾处理能力：1 500 t/d；

(3)转运距离：27 km(单程，平均车速可按40 km/h计算)，至江南垃圾焚烧发电厂；

(4)工作班次：二班制，12 h；

(5)高峰期时间：3 h，高峰期处理量为垃圾总量的45%，垃圾转运站设计最大处理能力225 t/h；

(6)垃圾处理方式：垃圾压缩减容后转运；

(7)垃圾容重：0.3 t/m3。

2.2 电气设计要求

中转车间每套压缩机、卸料槽及移位装置，采用380/220 V电源，由基地供配电系统直接配送。低压接地型式采用TN-C-S制。

基地采用高供高计，动力照明混合计量，中转车间低压电源进线侧及单机55 kW以上的电动机需就地单独计量，用于内部考核。

2.3 仪表和自控系统设计要求

南京市城南生活垃圾转运站工程，由整体监控系统及各处理设施子项监控系统组成。各子项监控系统(子项控制室)独立设置，通过光纤环网与综合楼内的整体监控系统通讯——包括工艺设备自控系统、综合安保管理系统的提供、现场控制终端与中央控制室远程控制终端之间所有电缆或者光缆的提供及敷设。综合安保管理系统，具体包括视频监控系统和厂区围界报警系统。

2.4 方案设计思路

南京市垃圾转运车辆目前广泛使用自卸车、后装式压缩垃圾车；之前垃圾多未经充分压缩，转运效率低，转运成本高；所以，建议新建1座1 500 t垃圾转运站作为二级转运，以满足城区垃圾转运的需要；采用国际最先进的管理模式和压缩设备，以提高转运效率，减少转运运距，降低运营成本，减少二次污染，完善垃圾收运体系，改善城市居住环境。

2.4.1 压缩转运模式

按日处理1 500 t的总体要求，和压缩效率高、运营成本低的处理目标，采用压缩机水平直压模式(图2)，配置全自动控制压缩机，重型拉臂车运输垃圾集装箱的系统压缩转运模式。

2.4.2 数字化控制管理系统

控制中心采用数字化集成系统，作业场所集中监视、作业全过程自动控制管理；可以与南京市的数字化城管进行无缝对接，实现对垃圾收运的自动调配，对车辆进行全程跟踪和调度(图3、图4)，同时可以与“海沃·家”服务系统进行对接，以随时对设备的运行情况进行远程调试和监测，同时对设备进行预警。

其主要功能：站点作业面的远程视频监控，站内垃圾量监控。

(1)垃圾运输过程车辆监控模块。该功能模块对车辆行驶的起点、终点、路线进行初始化定义，让运输车辆按预定路线运送；对车辆的行驶速度、行驶方向、油耗等车辆信息实时监控(图5、图6)；根据区域内压缩设备的垃圾处理量情况，通过网页及短信对车辆进行科学调度。

其主要功能：车辆路线制定、车辆状态监控、科学调度车辆。

图2 水平直压式工艺流程图

图3 车辆卸料状态

图4 卸料大厅

图5 车辆路线、实时状态

图6 车辆运输清单

图7 服务功能模块

图8 设备各状态统计表

图9 压缩设备与周转箱

图10 位移传感器信号

(2)通信终端模块。该功能模块为访问服务器数据以及连线设备控制压缩设备提供接口。在本系统中可以通过网页浏览、邮件访问、短信访问形式对设备实时在线远程监控；同时当设备出现故障等紧急情况时，平台可以自动向这些终端发送信息，让管理者第一时间了解设备异常状态。

(3)服务功能模块。该功能模块(图7)可对固定式压缩设备以及移动式压缩设备的服务及时进行记录；对设备的维修时间、维修满意度进行统计；根据制定的保养规范，及时提醒客服人员安排保养，保证设备处于最佳工作状态。

(4)报表功能模块。该功能模块可对设备、车辆的历史数据进行汇总；对工作人员工作量、站点处理量进行统计；可与本历史年度的支出作对比，了解费用的使用效率；对历史数据作趋势分析(图8)，以便对下年计划以及垃圾增长量作出预判，真正做到科学管理。

2.4.3 压缩设备

海沃固定式垃圾压缩设备采用欧洲同步技术，符合欧洲CE标准。其中，HM60/75A压缩设备(图9)主要由上进料水平式垃圾压缩主机、闸门提升机构、小闸门装置、箱体锁紧装置、机箱推拉对接装置、液压系统、电控系统等组成。液压系统、控制系统元件采用欧洲进口，转运站成套设备采用PLC可编程控制，具有压缩力大、处理效率高、能耗低、机构运行可靠、可自动循环操作也可手动操作、使用寿命长等特点，具有很高的性价比。

收集车将垃圾卸入卸料槽，启动压缩机，压缩推头将压缩腔内的垃圾压进垃圾集装箱内，压缩推头将连续循环运行，直至垃圾压缩腔或卸料槽中垃圾数量不足时，垃圾压缩设备停止运行，等待下一次工作。垃圾压缩设备PLC可以根据不同垃圾处理量和不同压缩阶段自动选择不同压缩方式，以保证在整个压缩过程中垃圾压缩均匀一致和具有良好压缩效率；随着垃圾箱体里的垃圾逐渐增加到即将装满时，推头的压力增大，速度减慢，位移传感器将该信号传递给PLC；在PLC控制下，推头后退的位移逐渐变小，垃圾进给量逐渐减少；直至停止进料后，推头继续压缩，进入最终压缩程序，彻底避免了最后一次垃圾进给量过多，导致垃圾压不进箱体、关不上门的现象，同时保证机箱脱离时没有垃圾掉落及后门垃圾流挂现象。此过程只有采用位移传感器信号传输技术才能实现(图10)。

图11 拉臂式转运车辆

2.4.4 转运车辆

转运车辆为拉臂式(图11)，采用国内主流重型汽车底盘。拉臂(上装)采用原装进口，垃圾箱采用耐腐蚀高强钢板材料，可确保车辆动力性能强、作业装置可靠、使用寿命长。

(1)拉臂及其拉臂钩。选用荷兰海沃公司生产的拉臂装置，保证了该车在钩起和卸下垃圾箱体时，能够使载荷均匀分布在后桥和辅助支撑上，从而最大限度地减少车架受力。独特的拉臂结构，自质量轻、承载能力大；整体结构质心较低，保证了行驶稳定性。尾部装有滚轮导向，箱体装卸方便。选装后滚轮支撑，以提高车辆在松软路面上以及装卸时的稳定性。

(2)液压控制系统 。整套采用荷兰海沃公司的液压系统；液压系统采用集成化设计，减少了系统的零部件数量，提高了系统的可靠性；液压动作稳定、可靠；高压管路为美国EATON公司出品，承压高，密封性能好，为高压管路连接系统的首选产品。

(3)电路控制系统。整套选用荷兰海沃公司的电控系统，具有控制、报警2大功能。控制按钮与操纵杆采用人性化设计，操作顺畅、灵活；其独有的互锁功能，使拉臂在倾倒垃圾时，其行程开关处于长闭状态，将切断控制锁箱电磁阀的电路，无法进行开箱操作，这样就避免了误操作造成的危险。操纵系统有手动和电动2种，即可在驾驶室操作也可在室外操作，使用方便可靠。

(4)后支撑装置。由液压驱动的后支撑装置，在钩起和卸下载物箱体时，放下支撑油缸，起到辅助支撑的作用。

(5)取力装置。发动机输出动力经取力器传递至柱塞泵，柱塞泵将发动机输出动力转化为作功动力源，驱动各液压油缸作功。

图12 双向智能称重系统

图14 除臭工艺

图13 交通指挥系统

2.4.5 称重与交通指挥系统

(1)称重系统。该站率先使用智能称重系统(图12)，分为2级称重模式：收集车进站预称重系统与出站精准计量系统。

其中，收集车进站预称重系统属于去皮称重的方法，主要用于站内指挥收集车卸料作业，系统根据垃垃圾量计算出哪个卸料位最适宜当前的卸料作业，从而确保收集车卸料迅速，压缩工位效率最高，匹配度最好的要求。

而出站精准计量系统属于返往称重计量方法，这样就解决了一些收集车卸料不彻底的情况，确保进站的垃圾量数据精准无误。

(2)交通指挥系统。指挥并控制收集车进场节拍(图13)，根据每车装载量来指挥其进入合适的卸料位；料斗基本清空后关门，控制夹渣。拉箱位通过一层信号灯，指挥放空箱与拉满箱的作业，防止现场错乱 。

表1 通风除臭换气原则

表2 恶臭污染物厂界标准值(新扩改建二级)

2.4.6 除臭系统

本转运站引入3种除臭工艺(图14)，前端采用离子氧送新风系统，末端采用生物滤池除臭工艺，在卸料槽区域增设植物液雾化除臭压尘系统。

在卸料大厅和转运大厅的合适位置设置活性氧离子送风系统，以改善室内空气品质和维持系统风量平衡。

卸料压缩区是本工程臭气浓度最高区域。为了尽可能减少该区域臭气外溢影响卸料大厅、转运大厅的空气品质，重点对该区域的臭气进行收集处理，设置2套生物滤池除臭系统设备。采用风管负压吸引收集该区域内臭气，送至末端的生物滤池除臭设备进行处理，处理达标后经排气筒排入大气。

卸料大厅恶臭污染物浓度低于压缩卸料区，卸料大厅排风由1套压缩卸料区除臭系统共同承担。

转运大厅恶臭污染物浓度低于压缩卸料区，转运大厅排风由1套压缩卸料区除臭系统共同承担。

设置2套植物液雾化喷洒系统(卸料大厅和转运大厅各1套)，可降低扬尘，降解臭气。在车辆卸料时，自动雾化喷洒天然植物提取液，以除臭降尘，同时臭气通过抽风及末端除臭系统处理后达标。

同时，针对该转运站卸料槽、机箱对接位、真空罐抽吸泵、渗滤液处理系统这4大臭气污染源同时设计有臭气收集口，系统会根据需要自动启停抽风机及风道阀门；臭气首先通过预洗工段的加湿系统对气体进行预处理，使之达到较为理想的湿度；然后再经生物过滤系统，臭气物质先被填料吸收，然后被填料上附着的微生物氧化分解，最终完成除臭过程后的排放气体浓度达到国家恶臭污染物二级排放标准。

图15 污水抽排流程图

(1)废气浓度。按常规垃圾转运车间而得：臭气度≤10000度(无量钢)；硫化氢≤10 mg/m3；二硫化炭≤20mg/m3；氨≤20 mg/m3；二甲二硫≤10 mg/m3；甲硫醚≤10 mg/ m3；甲硫醇≤10 mg/m3；颗粒物≤300 mg/m3。

(2)设计臭气总风量。通风除臭需要坚持的原则如表1。

(3)废气排放标准。通过通风除臭设计，使厂内工作区域环境臭气浓度满足GBZ 1-2010《工业企业设计卫生标准》的要求；除臭后排放尾气浓度满足GBZ 1-2010《工业企业设计卫生标准》的要求以及GB 14554-93《恶臭污染物排放标准》中恶臭污染物厂界标准值(新扩改建二级)，如表2。

2.4.7 监视系统

为了直观地观察和监视现场设备的运行情况，进一步完善中央监控级的功能，建立2套视频监控系统：生产管理视频监控子系统及安防视频监控子系统。生产管理视频监控子系统设置在卸料大厅三层控制室内，安防视频监控子系统设置在门卫计量间内。2套视频监控系统分别由前端设备、传输设备和终端设备3部分组成。前端设备主要由摄像机以及相关辅助配套设备组成，主要完成图像的采集、编码等工作。

(1)生产管理视频监控子系统。根据站区的特点及工艺专业要求，考虑对中转站内的重要场所等区域设置摄像监视点。在现场根据运行管理需要设置37套摄像头，各监控点配置方案为：

a.垃圾中转站进出口：电子汽车衡(各1台)；高清晰度彩色摄像机(共3台)，能直接捕捉到垃圾收集车的牌照，对进出车辆进行管理。

b.卸料大厅：2台高清晰度彩色摄像机，观察进入大厅的车辆倒车、卸清车上垃圾及安全驶离现场的情况。

c.5个卸料槽内上方：分别安装2台高清晰度彩色摄像机(共10台)，用于观察容器内垃圾情况。

d.转运车作业区：安装2台高清晰度变焦彩色摄像机。

e.变配电间：设置2台高清晰度变焦彩色摄像机，用于观察配电间内设备运行情况。

考虑设备运行情况，估算需配备18套(台)摄像机。

(2)安防视频监控子系统。根据站区特点，考虑对中转站的重要出入口及安防重要位置设置摄像监视点。具体为：

a.在转运车间东南侧、污水处理区、转运车停车场、容器存放区、中控室、膜处理车间、生物滤池、除臭机房、门卫外侧设置9套室外全天候摄像机，分布于各出入口及围墙等重要位置。

b.综合楼内设置4套室内半球摄像机，分布于出入口和通道内重要位置。

图16 污水处理工艺流程示意和水量衡算图

2.4.8 真空污水排放系统

本站第一次将真空抽吸系统应用到转运站渗滤液输送环节，采用国际最先进的真空抽排工艺，污水抽排干净彻底，效率高，垃圾站无污水滞压，无恶臭产生。

如图15，本站将压缩设备工作过程中产生的渗滤液通过地下管网密闭抽吸至真空罐，再由真空罐自动将渗滤液通过计量后排到渗滤液处理系统的调节池。污水真空抽吸系统能很好地实现了污水的远距离密闭输送，而且在收集过程中，管道内无臭气外溢与污水残留，相比传统重力排放污水沟，不但减少了冲洗成本，更重要的是避免了污水输送过程中的二次污染。

2.4.9 污水处理系统

本项目垃圾渗沥液由城南垃圾压缩中转过程排出的渗沥液和车间冲洗废水组成；渗沥液由转运站垃圾压缩区导渗系统汇入调节池中；调节池内设有潜水搅拌机，以防止泥砂沉积于调节池。调节池的渗沥液经泵提升注入一体化固液分离机(含格栅机、沉砂槽和砂水分离器)、气浮除油装置、混凝沉淀池装置，去除水中砂、部分SS和油脂。混凝沉淀池出水重力自流至均质酸化池(预酸化、调节pH)，其出水经UASB反应器进水泵提升，并由袋式过滤器去除较大颗粒杂质后，进入厌氧(UASB)反应器。

厌氧(UASB)反应器出水进入膜生化反应器(MBR)中的两级反硝化、硝化生化系统，沼气进入稳压柜，进行调节后去火炬燃烧，去除可生化有机物、氨氮及总氮，末端硝化池的泥水混合液经泵输送至外置式超滤膜系统，通过有机管式超滤膜错流过滤，实现泥水的完全分离；污泥回流至前置反硝化池以维持池中污泥浓度，透过液注入超滤清水罐，经芬顿(Fenton)氧化系统进一步去除不可生化的COD、色度后，城市排入污水管网的纳管水质指标。厌氧污泥、好氧污泥和化学污泥调解后，经脱水机脱水运往垃圾填埋场，上清液和压滤液回流至前置反硝化池。

从水质达标、水量达标、稳定运行、经济运行等多个角度出发，本项目工艺设计采用了“一体化固液分离机＋UASB反应器＋MBR系统(两级A/O＋超滤)＋芬顿(Fenton)反应器”组合工艺。污水处理工艺流程见图16。

图17 总工艺流程实时监控画面

3 中央控制室集成控制界面

3.1 总工艺流程实时监控画面

图17，是城南站总工艺流程实时监控画面。其两侧为转运站公共作业区的视频监视系统，用来监视从收集车进站至转运车出站过程中的主要工艺节点；中央主画面共分为4大控制版面：

(1)称重与交通指挥系统。垃圾收集车首先进入智能化称重计量系统，系统自动识别进站车辆身份；身份及重量确认后，系统会根据站内车流量和压缩设备运行状况，发出信号指令，指引车辆按照交通信号指示进入指定卸料工位。投料槽可与各种类型的收集车对接。称重与交通指挥系统从左到右依次显示的是城南转运站收集车进站称重后自动派位、出站净重校正情况；当前收集车被系统指派到对应压缩机位的车牌号及工位号；右侧显示转运车当前出站的车牌号及垃圾出站净重。

(2)收集车进站卸料与压缩箱实时装载动态控制。首先，收集车在进出站时会实时显示，在到达指派工位后也会实时显示卸料工作画面，所有的卸料工位交通指挥信号灯与现场状态全部同步显示；在一层的移箱机构上也会实时显示当前压缩箱的状态，可以很直观地看到实时垃圾装载量；转运站的转运车拉放箱信号灯也实现同步显示。

(3)渗滤液处理、污水真空抽吸与生物除臭系统等转运站附属设备控制部分。本站第一次将真空抽吸系统应用到转运站渗滤液输送环节，它将压缩设备工作过程中产生的渗滤液通过地下管网密闭抽吸至真空罐，再由真空罐自动将渗滤液通过计量后排到渗滤液处理系统的调节池；污水真空抽吸系统能很好地实现污水的远距离密闭输送，而且在收集过程中，管道内无臭气外溢与污水残留。

渗滤液在调节池内混合并达到较好的可生化性和合适的碳氮比，与此同时对水量进行调节；再经过厌氧系统的混凝沉淀装置、均质酸化罐和UASB反应器，这样有机物被厌氧污泥吸附降解，经过UASB反应器的三相分离器，将甲烷气、厌氧颗粒污泥和处理后的水有效地分离，过程中产生的甲烷通过管道送至甲烷燃烧器直接燃烧；经厌氧处理后的渗滤液将自动进入前置反硝化池、硝化池、后续反硝化池、末端硝化池，这样就形成了一个完整的好氧生化反应系统；渗滤液经生化处理后进入外置式超滤系统，通过膜的过滤作用实现泥水分离，过程中产生的部分污泥作为固体垃圾排入生活垃圾压缩系统，同时超滤产水被排入超滤清水罐，再进入高级芬顿氧化反应系统处理，最终进入混凝沉淀装置，出水排放满足CJ343-2010 《污水排入城市下水道水质标准》(GB/T 31962-2015《污水排入城镇下水道水质标准》或替代之——编者注)，其中重金属排放浓度满足GB 16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》。

前端采用离子氧送新风系统，末端采用生物滤池除臭工艺，在卸料槽区域增设植物液雾化除臭压尘系统。同时，针对该转运站卸料槽、机箱对接位、真空罐抽吸泵、渗滤液处理系统这4大臭气污染源同时设计有臭气收集口，系统会根据需要自动启停抽风风机及风道阀门，臭气首先通过预洗工段的加湿系统对气体进行预处理，使之达到较为理想的湿度。然后再经生物过滤系统，臭气物质先被填料吸收，然后被填料上附着的微生物氧化分解，最终完成除臭过程后的排放气体浓度达到国家恶臭污染物二级排放标准。

(4)转运站大数据显示区。在该显示区，系统会实时收集垃圾处理量与车次、污水处理量及出水指标、生物除臭工作状态及风量、电流电压实时状态等。

3.2 各子系统的二级实时监控画面

控制中心还集成了各子系统的二级工艺画面监控单元，并可以随时通过IPAD手持机轻松切换，方便操控与演示。二级实时监控画面主要有以下内容：

(1)压缩设备上位机系统。通过主画面中的压缩设备状态图(图18)，可以清晰地掌控当前压缩头位置及工作速度、频率等信息，并能同步显示强压关门、推拉箱及配套动作状态；显示料口喷淋、风阀启闭、卸料作业等实时状态。画面左侧是系统登录、分系统切换窗口，画面右侧是手动与自动操作界面，底部可记录各项工作日志，形成报表输出。

(2)车辆北斗定位服务系统。可以实时显示转运车当前地埋位置、记录历史行车路线，结合站内当前生产状态提前预判，进行远程指挥与调度，运输更加协同高效。

(3)垃圾渗滤液处理监控系统。中控室控制台分别将渗滤液预处理、厌氧处理、生化处理、膜处理、深度处理5大阶段同步显示与控制(图19)。

(4)生物除臭监控系统。针对垃圾压缩设备机箱对接位、卸料槽、污水真空泵、渗滤液处理调节池段的4大臭源进行生物除臭的监控画面，通过该监控画面可以掌控生物除臭系统的实时状态，针对关键运行数据指标进行集中控制。

如图20，上面的2个滤池是针对垃圾压缩系统进行生物除臭，臭气通过4台3万风量的风机引入至滤池；下面的滤池是针对渗滤液处理系统的调节池段产生的臭气进行除臭，排气风量3 500 m3/h。

(5)智能称重系统。图21为智能称重系统的监控画面，左上角区域显示收集车进出站与转运车出站称重数据，右方区域则记录下所有进出站车辆的历史称重数据，包括车牌号、重量、时间、车辆身份信息等。下方则将3个地磅实时监视画面进行上传，便于指挥与调度。

特别是，该转运站采用了收集车预称重与实际净重复合计量法。预称重是根据预先设定好的车辆皮重，第一时间将垃圾重量上传至系统进行分析处理，便于精确派位，收集车出站时，再通过往返重量值相减得出实际净重，记入报表，从而保证垃圾的精准计量。

(6)电力监控系统。该系统能实时显示站内主要设备当前用电状态，可形成历史记录。通过调阅历史数据，可分析出每台设备用电量、用电高峰期等，并指导转运站工艺排班，避免异常用电高峰峰值带来的安全隐患。

图18 主画面中的压缩设备状态图

图19 垃圾渗滤液处理监控系统

图20 生物除臭监控系统

图21 智能称重系统监控画面

4 结语

该站自正式使用以来，各子系统运行良好，站内污水与臭气排放治理达标。由其工艺先进、智能高效、系统集成度高等诸多优点，该站在全国环卫行业起到了很好的示范作用，已成为全国大型垃圾中转站的重要参观学习单位，每月接待政府领导与行业专家多达30余次。该站的建成与成功投入运营已成为我国大型垃圾中转站新的风向标。