垃圾转运站垃圾渗滤液转运设备研发

杨益洲 邱小燕 张 辉

（扬州市职业大学，扬州 225012）

1 技术背景

随着我国农村经济和城镇化的不断发展，乡镇区域生活垃圾带来的环境污染日益严重。我国农村生活垃圾产生量每年约2亿吨，每天人均垃圾产生量约为0.8 kg，无害化处理率为65%。住建部2017年城乡建设统计年鉴中显示，全国生活垃圾中转站建成数量中，镇级约为27 657座，乡级约为10 433座，共计38 090座。为了加强农村生活垃圾无害化处理，近些年大量乡镇垃圾中转站建成投入使用，目前在用约5万座。

垃圾渗滤液是指生活垃圾在填埋过程中由于微生物作用而产生的有机废水。随着我国城市建设的快速发展，城市生活垃圾量每年递增，因此对城市生活垃圾的合理化处理尤为重要。垃圾渗滤液排放过程中，渗滤液是否达标是衡量垃圾站场是否达标的重要指标之一。对于垃圾渗滤液的处理[1]，不仅需要深入分析垃圾渗滤液的处理工艺，而且需要研发垃圾渗滤液的收集与转运装备。目前，我国的渗滤液收集转运主要采用重力流动式收集，同时挖深沟收集池，使渗滤液在重力作用下流进收集池，再由排污泵排走或者由吸污车运走。这一处理方式遗撒量大，无法控制处理过程产生的臭气[2]，且收集池经常满溢，因此需研发新的渗滤液收集转运设备。

本文设计了垃圾转运站垃圾渗滤液转运设备，能够从垃圾源头将渗滤液吸到真空罐内，通过气流转换阀增大罐内空气压强，从而将渗滤液压排到污水处理站。整个处理过程均在密闭管道中进行，避免了渗滤液泄漏[3]。罐体内带有固液分离系统，能够分离并收集塑料袋、竹签等大块杂物，从而减轻了污水处理厂的过滤工作量，降低了污水处理成本，且杂物分离能够避免管道的堵塞，方便维护保养。

2 系统流程

垃圾压缩机挤压压缩箱中的垃圾时，转运设备会同步收到真空泵站启动信号，并打开吸污阀。压缩箱内挤压出来的渗滤液会迅速流入真空收集管道。真空管网中的空气压差为渗滤液的流动提供动力，从而将渗滤液输送至真空罐。若吸污口被垃圾堵塞，可手动正压排堵，系统迅速由负压变正压疏通吸污口，完毕后再切换至自动状态，然后系统继续自动吸污。当压缩设备停止工作时，吸污阀不关闭，系统自动开启排污阀，真空罐内污水顺着排污管道自流至渗滤液收集池。若发现自流排污管道被堵，可选择手动正压排污，系统会迅速转变压差而疏通排污口。垃圾渗滤液的处理流程及设备原理，分别如图1和图2所示。

图1 设备运行原理图

图2 系统流程图

3 设计计算

3.1 污水量

垃圾转运站单机的排水量为24 m3·d-1，按每天工作12 h计算，则单位时间内的排水量Qw为2 m3·h-1。

3.2 空气量

根据污水厂设计标准[4]，取气液比AWR为5，则有：

式中：QL为每小时最大空气量（在20 ℃、1个标准大气压下），单位为m3·h-1；Qw为每小时最大污水流量，单位为m3·h-1；AWR为气液比（平均值）。

于是，计算得QL=10 m3·h-1。

3.3 真空泵选型计算

真空排水系统运行时，高峰流量的所需气体QLvS为：

式中：SF为安全系数；QL为真空体积，单位为m3；Pa为瞬时压强，单位为MPa；Pave为平均压强，单位为MPa。

根据真空泵选型手册，选取风冷旋片式真空泵，如图3所示，功率为4.8 kW，抽气量为156 m3·h-1。

图3 真空泵实物图

3.4 真空罐选型计算

该真空抽吸系统方案是单机吸排[5]，每吸一次就会排一次。根据系统需求，选用罐体体积约为2.5 m3。

真空罐壁厚计算公式如下：

式中：P为单位面积压强，P=10 kg·cm-2；Di为直径，Di1 500 mm；σ为许用应力，σ=1 080 kgf·cm-2；Φ为焊缝系数，取0.85；C为壁厚附加量，取1 mm。

根据计算，可采用6 mm高强度钢制造罐体，以保证耐腐蚀性和抗压能力。压力罐实物图如图4所示。

图4 压力罐实物图

4 控制系统设计

垃圾渗滤液转运设备是能够实时监测压力和液位的全自动装置。该装置可以通过液位传感器和压力传感器，将温度信号和压力信号传送给模拟量人工智能（Artificial Intelligence，AI）模块。系统中的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）通过采集数据对相应的阀门作出相应的动作，以此完成制造负压（真空）环境的目的。若有污水进入吸污管道，系统会做出相应的抽吸动作，从而实现整套系统的运行。

真空泵主要依靠变频器驱动三相异步电机进行工作。变频器采用西门子V20的变频器，其中V20通过RS485通用串行接口（Universal Serial interface Protocol，USS）协议与PLC进行通信连接，如图5所示。

在设备运行过程中，需要采集液位和压力信号。假设模拟量的标准电信号是A0～Am（如4～20 mA），则A/D转换后数值为D0～Dm（如5 530～27 648）。设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D。由于是线性关系，函数关系A=f(D)可以表示为数学方程：

根据式（4），建立SCALE信号采集子程序，如图6所示。

图6 信号采集子程序

5 结语

本次设计的垃圾渗滤液转运设备在相关垃圾转运站投入使用后达到了预定的效果，设备运行稳定可靠，控制了垃圾转运站渗滤液的渗漏问题，大大降低了垃圾转运站对污水排放管道的污染和工作人员的工作强度，提高了垃圾转运站的自动化程度。若垃圾转运站需要扩容，只要修改液位的参数即可满足要求，为以后系统的进一步改造提供了保障，也节省了后续资金成本的投入。