一种基于互联网技术的智能垃圾渗滤液处理系统

摘 要：设计了一种面向乡村生活垃圾的智能垃圾渗滤液处理系统，该系统分为垃圾暂存区、渗滤液处理区和最终储存区三个模块，各模块采用模块化设计，并配备自动控制和智能传感设备。渗滤液处理区通过内外双层结构和螺旋叶片实现垃圾高效脱水。系统还设计了白天夜间时间模式，保证垃圾处理效率的同时并节约能源。通过源头减量和后续节能处理，系统可以有效减少渗滤液产生，为环境治理提供技术支持。

关键词：垃圾渗滤液；高效脱水；乡村垃圾

中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：1673-9655（2024）06-00-05

0 引言

随着我国城市化进程的加快和人口聚集区域的扩展，城市生活垃圾的产生量持续增长，垃圾废液处理已成为当前城市环境治理面临的重要挑战之一。“十三五”期间，全国规划新增生活垃圾无害化处理能力51万t/d[1]；步入“十四五”后，我国对于城市生活垃圾的处理提出了更高的要求，目标是将全国城市生活垃圾的利用率提高到60%，分类收运能力达到70万t/d，焚烧处理能力达到80万t/d，焚烧处理占比达到65%[2]。在垃圾带来的污染中，湿垃圾中产生的废液尤为突出。长期积累的垃圾废液不仅容易腐败产生恶臭气体，更可能通过渗滤导致地下水质量下降，给环境和公众健康带来更大的潜在威胁。而传统的垃圾处理方式通常是直接倾倒或长期堆放，仅仅改变垃圾的物理位置，难以从源头解决废液问题。此外，传统的废液处理设施能力有限，无法实现垃圾的快速清理。

鉴于此，设计一种高效的垃圾废液处理装置具有重要意义。不仅可以有效解决废液问题的源头，缓解城市环境压力，还能从源头上处理垃圾，保障资源的可持续利用。本研究基于现有研究成果，设计了一种可行的垃圾废液处理装置原型，旨在探讨通过技术手段更好地解决垃圾废液问题，为城市环境治理提供有效参考。

1 研究背景

1.1 研究目的

为响应中共中央办公厅、国务院办公厅《环境整治提升五年行动方案（2021—2025年）》的号召，改善人居环境，创造更健康和舒适的生活环境，本文研究并开发一种高效处理垃圾废液的装置，以解决当前垃圾处理中存在的问题，特别是垃圾分类不合理和垃圾处理不及时导致湿垃圾中的垃圾废水长时间堆积形成的垃圾渗滤液。通过从源头上解决垃圾处理中垃圾渗滤液的产生问题，弥补现有垃圾处理机制的不足；同时开发一种高效处理垃圾废液的装置，最大程度地减少垃圾渗滤液的产生，为后续处理提供便利，也为垃圾处理提供新的解决方案。

1.2 垃圾渗滤液处理现状

目前，垃圾渗滤液处理方法主要分为生物处理法、物化处理法和膜处理法三类。根据知网引文数据库[3]，这些方法的使用频率从高到低依次为生物处理法、物理/化学法和膜处理工艺。

生物处理法是一种常见的垃圾渗滤液处理方法，利用微生物在需氧或厌氧条件下将有机物分解为二氧化碳，并且在此过程中完成自身的生长繁殖，从而实现有机物的去除。特别是对于含有高浓度有机物的渗滤液，生物处理法以其可靠性、简单性和高成本效益而被广泛应用[4]。然而，运用生物处理法处理垃圾渗滤液易产生一些副产物，可能导致二次污染，且微生物在降解有机物的过程中需要一定的时间，会导致处理效率低，周期较长。

物理/化学法处理包括一系列凝聚/絮凝、吸附和化学氧化等过程，用于减少悬浮固体、胶体颗粒、漂浮物、颜色和有毒化合物。这些处理方法通常用于垃圾渗滤液的预处理或最终深度处理，以确保其达到排放标准[5]。在使用化学药剂进行沉淀、絮凝过程中，不排除药剂本身也包含一些有害物质，处理或使用不当可能会带来更严重的污染。因为该方法的特点，操作相对复杂、运行环境要求严格，包括温度、pH值等。

膜处理工艺在当前的垃圾渗滤液工程项目中应用最为广泛，其优点包括装配速度快、占地面积小、出水相对稳定、操作运行较简单等特点。然而膜处理工艺的维护难度特别大，系统本身的复杂性和需要定期检查维护的耐污染的膜状态，为膜处理工艺处理垃圾渗滤液增添了阻碍。不同类型的垃圾渗滤液可能含有不同种类和浓度的污染物，限制了膜处理工艺的适应性，需要针对性设计和调整。

此外，社会各界依据现有的处理工艺仍在不断进行优化与创新。例如，佛山水务环保股份有限公司研究了一种名为“混凝—沉淀—厌氧—好氧—MBR—臭氧—活性炭”的组合工艺[6，7]，用于处理长时间回灌的垃圾渗滤液。该工艺采用了多种环保技术，包括混凝沉淀、厌氧处理、好氧生物反应、MBR膜技术、臭氧氧化以及活性炭吸附等[8]。

但即使目前的垃圾渗滤液处理方式不断优化与创新，究其处理途径皆在渗滤液产生后再进行处理，并未在垃圾产生源头处解决渗滤液产生问题。考虑到现有方式存在的不足，倘若在垃圾渗滤液的产生初期便对其进行干预处理，便能够有效减少后续过程中的能源消耗以及产出过程中的二次污染问题，大大降低处理成本并改善环境污染问题。因此，研究设计一种能在垃圾产生初期进行渗滤液处理的装置尤为重要。

2 渗滤液处理装置的设计

2.1 装置概述

本文设计了一套针对乡村垃圾渗滤液处理的装置，包括垃圾暂存区、渗滤液处理区与最终存储区三部分，如图1、图2所示。

垃圾暂存区位于处理装置的顶部，底部设置了开闭阀门，当阀门打开时，垃圾通过管道进入渗滤液处理区；渗滤液处理区内部有内外两层结构，外层装有甩干装置，内层安装有螺旋叶片，可以实现垃圾与垃圾袋的分离以及垃圾的搅拌转送。当垃圾达到阈值时，下方的阀门打开，垃圾进入最底部的最终存储区；最终存储区位于地下，底部设有液压升降平台，可将储存好的垃圾升至地面以便回收。此外，系统内还安装有传感器和定时处理机制，以提高处理效率和保证处理质量。

通过整体设计，该系统实现了垃圾的全自动、无人处理，既节约了人力成本，又保证了处理效率的提高。

图1 各装置名称图

图2 装置3D渲染图

2.2 垃圾暂存区

暂存区设置于整体系统结构的上层，采用简洁的桶形结构设计。考虑到处理流程的连续性，其体积控制在适度范围内。

为实现垃圾的自动传输，暂存区底部设有可控开闭的活动阀门1（如图3、图4所示）。阀门1采用电磁驱动，能够根据预设时间自动开启和关闭。当垃圾数量达到一定阈值后，阀门1将在一定时间点打开；垃圾随后将通过阀门1下方的管道系统，进入后续处理模块渗滤液处理区进行处理。

该设计利用简单而有效的桶槽式结构，配合自动阀门控制，实现了垃圾的初步收集与定时传输；消除了人工搬运环节、提高了处理效率；同时，管道传输也防止了垃圾直接外溢，从而保障整体系统的清洁运行。

以上设计采用模块化思想，通过自动控制手段实现垃圾的高效流转，为后续处理奠定基础，在保障运行效率的同时也兼顾了系统的资源节约与环境友好属性。

2.3 渗滤液处理区

渗滤液处理区是本系统重要模块之一，其设计理念和工作原理如下：

由内外双层结构构成，分别为内胆和外框。外框内壁设置有离心式抖动装置，用于实现初步脱水。内胆采用管式无轴螺旋结构，这一设计相比传统轴式结构在处理粘性和易缠绕物料方面具有优势。内胆内安装有螺旋叶片，叶片焊接在旋转滚筒内壁上，具体构造如图5、图6所示。内胆内采用螺旋叶片结构，通过其搅拌推送作用，可以使垃圾在一定时间内实现充分脱水，脱水装置的模型图如图7所示，从而降低湿度水平达到预设标准。为了提高垃圾与垃圾袋的分离效率，螺旋叶片上设有切割刀片结构，通过旋转滚筒驱动，螺旋叶片可以对垃圾进行有效搅拌和推送。在内胆与外框之间设置有空气层隔离，这有利于减少热量传导，保持内胆内温度，从而促进垃圾脱水过程。一旦垃圾脱水时间满足要求，阀门2将自动打开（如图2中指示），此时螺旋叶片继续推送垃圾，使其转入最终储存区。该设计通过合理构造和自动控制，实现了渗滤液处理区高效脱水的目的。

2.4 最终存储区

最终储存区是用于长期储存已处理垃圾的关键模块。该区设置于地下，采用封闭式设计。为实现垃圾回收的便利性，其底部安装有液压升降平台。通过控制平台升降，可以将储存区内垃圾升至地面，为后续回收工作提供技术支持。该设计可以完美地替代传统提升机构，以更加安静高效的方式完成垃圾转移任务。同时，储存区内还配备了雷达式填充率传感器。该传感器可实时监测垃圾填充深度，一旦达到预设阈值（如箱内面积80%填充），系统将自动通过信号传输网关向管理中心发送报警信息（模式图如图8所示）。管理中心随后可以调度专业回收小组进行定期清理维护工作。与人工定期巡查相比，自动监控机制大大提高了回收效率。可实时监测垃圾积聚情况，并且根据填充深度动态调整清理周期，既保证储存能力，也避免浪费人力资源；同时将处理信息数字化传输，也更利于后续数据统计和管理优化。

以上设计充分发挥了智能传感和控制技术在垃圾处理中的优势，有效解决了传统方法在回收效率和人力成本控制等方面的不足，对提高整体系统运行效率具有重要意义。

图8 干垃圾存储区模式图

2.5 时间处理机制

垃圾暂存区位于系统整体结构的最上层，采用简洁的桶形结构，底部装有可控开闭的活动阀门1。当垃圾数量达到一定阈值时，阀门1将自动打开，实现垃圾的下移传输。垃圾进入渗滤液处理区后，将通过内外双层结构来完成脱水处理。外框内壁设有离心式抖动装置，实现初步脱水。内胆采用管式螺旋结构，螺旋叶片上设有切割刀片，能够有效分离垃圾与垃圾袋，进一步提高脱水效率。通过螺旋叶片的搅拌推送，垃圾将在一定时间内完成脱水要求，然后阀门2开启，垃圾转入最终储存区。最终储存区设置在地下，底部装有液压升降平台以便回收利用。此外还配备了垃圾填充率传感器，一旦达到预设阈值将自动报警，实现智能监控。

为提高处理效率并响应低碳要求，系统设计白天与夜间两个时间流程模式（如图9所示）。其中，白天模式下各模块工作间隔为1 h，夜间模式延长至2 h，旨在平衡处理效率和能耗。整套流程设计保证了垃圾一次性被完全清理，从而实现资源的高效利用。

2.6 新型处理装置与传统处理装置的对比分析

通过对比分析，新型垃圾渗滤液处理装置在多项关键污染物指标上都表现出更为优异的处理效果。无论是有机污染物（如COD和BOD）、营养物质（如TN和TP），还是重金属（如铅、镉、汞），新型装置均显示出更高的去除率。这表明新型装置在垃圾渗滤液处理过程中具有显著优势，更能有效地降低环境污染风险。

3 研究意义

垃圾渗滤液问题日益严重，已成为当前环境治理的重要课题。通过梳理国内外垃圾渗滤液处理现状可以看出，传统处理方法存在若干不足，难以从根本上解决问题。设计一种能够在垃圾产生初期进行高效处理的装置，对优化垃圾处理流程和减轻环境压力具有重要意义。

其一，可在源头上减少垃圾渗滤液的产生量。相比后期处理，源头减量更具成本效益和可持续性；其二，可完善垃圾分类处理流程。使垃圾分类处理更加系统化与细致，有利于垃圾资源化利用；其三，可降低后续处理难度。源头减量后产生的渗滤液量和污染程度均会下降，更易于后续处理；其四，可开拓垃圾处理新技术和新产业。该装置的研制可为相关企业提供技术支持，促进产业升级。并能可减轻环境压力，有效减少渗滤液污染物排放，对保护生态环境具有重要意义。

4 结论

本文所设计的智能垃圾渗滤液处理系统将在源头处有效减少垃圾渗滤液的产生，弥补传统处理方式的不足。该系统采用模块化设计，各模块通过自动控制实现垃圾高效流转，特别是渗滤液处理区通过结构设计和螺旋叶片实现垃圾高效脱水。系统还设计了白天夜间的时间模式，在保证处理效率的同时节约能源。此外，该系统将响应国家“碳达峰、碳中和”目标，为环境治理提供相关技术支撑。然而在后续过程中仍有一些值得进一步优化的方面，比如增加能源回收模块，提升整体资源利用效率。

参考文献：

[1] 《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》（发改环资[2016]2851号）[R].

[2] 《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》（发改环资[2021]642号）[R].

[3] 丁曙东，钟宇，苗鑫.垃圾渗滤液处理方法与工艺研究[J].广东化工，2023，50（14）：148-150，160.

[4] 魏桃员，陈玉婷，何培弘，等.SBR工艺处理早期垃圾渗滤液的试验研究[J].环境科学与技术，2016，39（4）：107-113.

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[8] 杨培，杨立臣，胡晓娜，等.基于臭氧氧化的垃圾渗滤液深度处理工艺优化及中试验证[J].水处理技术，2024，50（1）：94-99.

Design of an Intelligent Landfill Leachate Treatment System for Rural Domestic Refuse

LIU Xiao-yu， HUANG Hai-di

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou Shandong 253034，China）

Abstract： This paper designed an intelligent leachate treatment system for rural domestic waste. The system was divided into three modules： garbage temporary storage area， leachate treatment area， and final storage area. Each module featured a modular design and was equipped with automatic control and intelligent sensing equipment. The leachate treatment area achieved efficient waste dehydration through an inner and outer double-layer structure and spiral blades. Additionally， the system was designed with daytime and nighttime modes to save energy while ensuring processing efficiency. By reducing waste at the source and employing energy-saving treatment methods， the system could effectively reduce leachate production and provide technical support for environmental governance.

Key words： leachate; highly efficient dehydration; rural waste

收稿日期：2024-05-11

基金项目：大学生创新创业训练项目（XZ202213857032）。

作者简介：刘晓昱（2002- ），男，汉族，山东省济宁市人，在读本科，专业为房地产开发与管理。