大学城垃圾清运路线设计说明书.doc

XX大学城垃圾清运路线设计说明书
1．概述
1.1垃圾清运
生活垃圾收运是垃圾处理系统中的一个重要环节，其费用占整个垃圾处理系统的60%～80%。生活垃圾收运的原则：在满足环境卫生要求的同时，收运费用最低，并考虑后续处理阶段，使垃圾处理系统的总费用最低。因此，科学合理地制定收运计划是非常关键的。
生活垃圾的收运并非单一阶段操作过程，通常需包括三个阶段。
第一阶段是从垃圾发生源到垃圾桶的过程，即搬运与贮存（简称运贮）。
第二阶段是垃圾的清运（简称清运），通常是指垃圾的近距离运输。清运车辆沿一定路线收集清除贮存设施（容器）中的垃圾，并运至垃圾转运站，有时也可以就近直接送至垃圾处理处置场。
第三阶段是转运，特指垃圾的远距离运输，即在转运站将垃圾转载至大容量运输工具上，运往远处的处理处置场。
本次课程设计主要是第二阶段的垃圾清运，针对现有的清运线路的调查结果结合专业知识进行最优化处理，在清运环节减低成本。
1.2垃圾成分现状
对大学城内垃圾成分的调查分析，其垃圾成分有如下特点：垃圾成分主要为塑料包装袋、饮料瓶（塑料、金属）、纸张；只有食堂产生厨余；有一定量的废旧电池产生；瓜皮果壳类产量少，衣物、鞋子、玻璃、金属产量少。
按以上垃圾成分的特点，和城市垃圾进行比较，大学城内的垃圾的组分比例见下表：
分析项目
塑料(%)
纸(%)
纺织
(%)
瓷石、玻璃、金属(%)
粗混合(%)
细混合(%)
木
(%)
橡胶(%)
合计
重量(%)
18.29
14.41
5.73
4.96
34.48
17.70
2.80
1.63
—
含水率(%)
46.44
56.23
40.77
—
67.55
42.70
34.40
—
50.74
本设计以设计小组调查数据数据为分析依据。
2.垃圾收集服务人口及面积
XX大学城一期工程占地5600亩，建筑面积211万平方米，远景规划面积2万亩。城内六所院校分别是江苏工业学院（规模约1万人）、XX信息职业技术学院（规模约1万人）、XX纺织服装职业技术学院（规模约0.8万人）、XX工程职业技术学院（规模约1万人）、XX轻工职业技术学院（规模约0.8万人）、XX机电职业技术学院（规模约0.8万人），一、二期的总人数为50000人。XX大学城规划图见图1
图1 XX大学城规划图
3.垃圾产生量预测
估计大学城垃圾的产生量
参照城市生活垃圾产生量的通用公式：
Yn=ynPn×10-3×365（1-1）
式中，Yn为第n年城市生活垃圾生产量，t/a; yn为第n年城市生活垃圾的产率或产出系数，kg/(人·d)；Pn为第n年城市人口数，人。
由（1-1）式得
Yn=ynPn×10-3×265（1-2）
式中，Yn为第n年大学城生活垃圾生产量，t/a; yn为第n年大学城生活垃圾的产率或产出系数，kg/(人·d)；Pn为第n年大学城人口数，人。265为学生在校的天数。
从（1-2）式不难看出影响大学城生活垃圾产生量的主要因数是大学城垃圾产率和大学城人口数。其中，大学城垃圾产率受多种因数的影响，而大学城人口数则保持相对稳定的状态。
经课程设计小组的调查研究，得出2004、2005、2006三年内大学城的垃圾产率分别为1.020 kg/(人·d)、1.022 kg/(人·d)、1.030 kg/(人·d)。
考虑到学校的特殊性：大学城人口数则保持相对稳定，生活垃圾的成分相对稳定，产率也基本稳定。
取yn=1.030 kg/(人·d); Pn=50000人，得：
大学城生活垃圾年生产量:
Yn =1.030×50000×265=13647.5 t/a
大学城垃圾日产量为:51.5t/d.
4.垃圾清运工程规模
大学城现用地5600亩，人口数为50000人。本工程按50000人的规模进行课程设计，垃圾的日产量为51.5吨，年产量为13647.5吨。
5.垃圾清运系统
5.1清运操作
垃圾清运阶段的操作，不仅是指对各种产生源贮存的垃圾集中和集装，还包括清理车辆至终点的往返运输和在终点的卸料等全过程。清运效率和费用高低主要取决于下列运输：
①清运操作方式
②收集清运车辆的数量；装卸量及机械化装卸程度
③清运次数、时间及劳动定员
④清运线路
5.2清运操作方法
清运操作方法可分为拖拽式和固定式两种。
5.2.1拖拽容器操作方法
拖拽容器操作方法是指将某集装点装满的垃圾连容器一起运往转运站或处理处置场，卸空后在将空容器放回原处或下一集装点，其中前者称为一般操作法，后者称为修改工作法。其收集过程见图2和图3。

图2 一般操作法
图3 修改工作法
1-容器点；2-容器装车；3-空容器放还原处；4-驶向下个容器；5-车库来的车行程开始；6-满容器运往转运台；7-空容器放还原处；8-转运站、加工站或处置场；9-a点的容器放还b点，b点的容器运往转运站；10-空容器放在b点；11-满容器运往转运站；12-携带空容器的收集车自车库来，行程开始
收集成本的高低主要取决于收集时间的长短，因此对收集操作过程的不同单元时间进行分析，可以建立设计数据和关系式，求出某区域垃圾收集耗资的人力和物力，从而计算收集成本。可以将收集操作过程分为四个基本用时，即集装时间、运输时间、卸车时间和非收集时间（其他用时）。
集装时间 对常规每次行程集装时间包括容器点之间的行使时间、满容器装车时间、卸空容器放回原处时间三部分。用公式表示为
Phcs=tpc+tuc+tdbc
式中 Phcs-某次行程集装时间，h/次；
tpc-满容器装车时间，h/次；
tuc-空容器放回原处时间，h/次
tdbc-容器行使时间，h/次。
运输时间 指收集车从集装点行使至终点所需时间，加上离开终点驶回原处或下一个集装点的时间，不包括停在终点的时间。
h=a+bx
式中 h-运输时间，h/次；
a-经验常数，h/次；
b-经验常数，h/km；
x-往返运输时间，km/次。
卸车时间 专指垃圾收集车在终点（转运站或处理处置场）逗留时间，包括卸车与等待卸车时间。每一行程卸车时间用符号S(h/次)表示。
5.2.2固定容器收集操作法
固定容器收集操作法是指用垃圾车到各容器集装点装载垃圾，容器倒空后固定在原地不动，车装满后运往转运站或处理处置场。固定容器收集法的一次运程中装车时间是关键因素，分机械操作和人工操作。固定容器收集过程见图4。
图4 固定容器收集操作
1-垃圾集装点；2-将容器内的垃圾装入收集车；3-驶向下一个集装点；4-中转站、加工站或处置场；5-卸空的收集车进行新的行程或回库；6-车库来的空车行程开始
5.3收集车辆
5.3.1收集车辆类型
不同地域各城市可根据当地的经济、交通、垃圾组成特点、垃圾收运系统的构成等实际情况，开发使用与其相适应的垃圾收集车。
安装车形式大致可分为前装式、侧装式、后装式、顶装式、集装箱直接上车等形式。车身大小按载重量分，额定量约10～30t，装载有效容积为6～25m3（有效载重量约为4～15t）。还有数量甚多的人力推车、人力三轮车和小型机动车作为清运工具。
在XX大学城内垃圾转运站采用液压垃圾压缩装置可以把松散的垃圾废物由容重35kg/m3压实到200～240 kg/m3，装载量为8m3。
5.3.2收集车数量配备
收集车数量配备是否得当关系到费用及收集效率。某收集服务区需配备各类收集车数量的多少可参照下列公式计算。
式中 垃圾日平均产量——按大学城多年的平均值计算；
日单班收集次数定额——按环卫定额计算；
完好率——按85%计算。
式中 箱容利用率——按50%～70%计；
完好率——按80%计。
5.4清运线路设计
一般，收集线路的设计需要进行反复试算过程，没有能应用于所有情况的固定规律。一条完整的收集清运路线大致由“实际路线”和“区域路线”组成。前者指垃圾收集车在指定的收集区内所行驶的实际收集路线，又可称为微观路线；后者指装忙垃圾后，收集车为运往转运站（或处理处置场）需走过的地区或街区。
5.4.1实际收集线路的设计
收运路线设计的主要问题是卡车如何通过一系列的单行线或双行线街道行驶，以使得整个行驶距离最小。
消除空载行程的设计问题，经过多年的研究工作及多名数学家的归纳总结，提出了一整套用于确定实际路线的法则，其中有些是普通的见解，有些则是确定整个网络策略的指南：
①行驶路线不应重叠，应紧凑和不零散；
②起点应尽可能靠近汽车库；
③交通量大的街道应避开高峰时间；
④在一条线上不能横穿的单行街道应在街道的上端连成回路；
⑤一头不同的街道在街道的右侧时应予以收集；
⑥小山上废物应在下坡收集，便于卡车下滑；
⑦环绕街区尽采用顺时针方向；
⑧长而笔直的路应在行程顺时针回路之前确定行驶路线；
⑨决不要用一条双行街道作为结点唯一的进出通路，这样可避免180°的大转弯。
根据上述这些法则，在研究探索较合理的路线时，需要考虑以下几点：
每个作业日每条路线限制在一个地区，尽可能紧凑，没有断续或重复的路线；平衡工作量，使每个作业、每条路线的收集和运输时间都合理的大致相等；收集路线的出发点从车库开始，需考虑交通繁忙和单行街道的因素。
5.4.2区域路线的设计
对于一个独立的大学城，确定区域路线的问题就是去寻找一条从路线的终端到处置地点之间最直接的线路。而对于区域较大的地区，通常可以使用分配模型来拟制区域路线，从而获得最佳的处置和运输方案。所谓的分配模型，其基本概念是在一定的约束条件下，使目标函数达到最小。在区域路线设计工作中，使用该模型可以将其优点极大的发挥出来。该技术中使用最多的是线性规划。
最简单的分配问题是对于有多个处置地点的固体废物的分配最优化。显然最常用的方法是将最近处的废物源首先分配，然后是下一个最靠近的，依次类推。而对于较复杂的系统，有必要应用最优化技术。运输规划系统是最适宜的最优化方案，他是一种线性规划。
假定有一个简单的系统，如图5所示。
图5 废物分配方案
在四个废物源地区产生的垃圾（用收集区的矩心表示）分配到两个处置场所，目标是达到成本最低。
同时，必须满足以下几项要求（最优化模型中的约束条件）。
①每个处置场所（例如填埋场）的能力是有限的。
②处置废物的数量必须等于废物的产生量。
③收集路线矩心不能充当处置地点，从每个收集区运来的废物总数量必须≥0，一般采用下述符号：
Xik-单位时间内从废物源i运到处置地点k的废物量；
Cik-单位数量废物从废物源i运到处置地点k的费用；
Fk-在处置地点k按单位数量废物计算的处置费用（包括投资和工作费用）；
Bk-处置地点k的处置能力，用单位时间内处置的废物量表示；
Wi-在废物源i处，单位时间内产生的废物总数量；
N-废物源i的数量；
k-废物处置场所的数量。
此问题归结起来是使以下目标函数值为最小
根据上述约束条件为：
约束条件1（对于所有的k）
约束条件2（对于所有的i）
约束条件3（对于所有的i、k）
Xik≥0
在目标函数中，第一项是运输费用，第二项是处置费用。
5.4.3设计收运路线的一般步骤
设计收集路线的一般步骤包括：准备适当比例的地域地形图，图上标明垃圾清运区域边界、道口、车库和通往各个垃圾集装点的位置、容器数、收集次数等，如果使用固定容器收集法，应标注各集装点垃圾量；资料分析，将资料数据概要列为表格；初步收集路线设计；对初步收集路线进行比较，通过反复试算进一步均衡收集路线，使每周各个工作日收集的垃圾量、行驶路程、收集时间等大致相等，最后将确定的收集路线画在收集 区域图上。
5.4.4垃圾收运系统的衡量标准
衡量一个垃圾系统的优劣应从以下几个方面进行。
（1） 与系统前后环节的配合
合理的收运系统应有利于垃圾由产生源向系统的转移，而且具有卫生、方便、省力的优点。收运系统与垃圾处理之间应协调，其中包括工艺协调、接合点协调。
工艺协调指的是收集系统必须与所在城市所采用的垃圾处理工艺的协调，必须根据具体的处理工艺来确定收集的方式等。而接合点的协调是指收运系统与垃圾处理场接合点的协调，通常为垃圾运输（或转运）车辆与处理场卸装点的配合。
（2）对环境的影响
有对外部环境的影响和内部环境影响之分。应严格避免系统对外部环境的影响，包括垃圾的二次污染、嗅觉污染、噪声污染和视觉污染等；对系统内部的影响是指作业环境的不良。
（3）劳动条件的改善
一个合理的收运系统应最大限度的解放劳动力降低操作工人的劳动强度，改善劳动条件，具有较高的机械化、自动化和智能化程度。
（4）经济性
经济性是衡量一个收运系统优劣的重要指标，其量化的综合评价指标是收运单位量垃圾的费用，简称单位收运费。影响单位收运费的因素很多，主要有收运方式、运输距离、收运系统设备的配置情况及管理体系等。
6.垃圾收集方式
设计垃圾车4辆，人力车100辆。在大学城主干道上设置垃圾箱(2个一组，可回收和不可回收分类垃圾箱)，间距为70m。在校区主干道上设置垃圾筒，间距为40m。
每个校区都设有小型的垃圾转运站，采用压缩方案。即转运站内不设地坑，而是放置垃圾压缩箱，将垃圾投放入箱后进行压缩。垃圾箱装满后由液压装置将箱体升起，由垃圾运输车运往垃圾处理场。转运站见图6。
图6 XX大学城压缩式垃圾转运站
7.废电池的收集
废电池属于危险废物类，在XX大学城内的废电池采取单独处置。在每幢宿舍楼、教学楼和办公楼的底层出口处设立小型的废电池回收箱进行收集。再由专人定期去回收站点进行集中回收。
8.XX大学城垃圾清运线路设计
XX大学城垃圾清运线路设计，大学城设计的拖拽收集系统和固定容器收集系统。
清运系统运用以下条件：
① 一周两次的收集频率的容器必须在周三和周五收集。
② 一周三次的收集频率的容器必须在周一、周三和周五收集。
③ 各集装点容器可以位于十字路口任何一侧集装。
④ 每周的垃圾体积=50000×1.03×7/187.3=1925 m3/周
⑤ 拖拽系统按交换模式。
⑥ 若采用拖拽收集系统的，收集应该安排在周一到周五。
拖拽系统操作数据：容器尺寸为8m3/次；容器利用率为0.68；容器集装与放回时间均为0.033h/次；卸车时间为0.053h/次；运输时间常数为a=0.022h/次、b=0.022h/km；管理费用为1350周；运费为16元/h。
⑦ 若内采用固定容器系统的，收集应该是每周四天（周一、周二、周三和周五）
固定容器系统操作数据：容器尺寸为8m3/次；容器利用率为0.68；收集车容量为30 m3；收集车压实比为2；容器卸空时间为0.050/个；卸车时间为0.10h/次；集装点平均行驶时间估算常数a=0.022h/次，b=0.022h/km；管理费用为2620元/周；运费为23元/h。
⑧ 容器集装点之间的平均距离=0.1km。
⑨ 拖拽容器系统和固定容器系统的容器集装点之间的行驶时间常数为：a′=0.060h/次，b′=0.067h/km。
8.1拖拽容器系统和固定容器系统的比较
(1)拖拽容器系统
①计算每周的往返次数。
Nw=Vw/cf=1925m3/wk/[(8m3/次)(0.68)]=354(次/周)
②计算拖拽容器系统的平均集装时间。
Phcs=tpc+tuc+tdbc=tpc+tuc+ a′+ b′x′
=0.033h/次+0.033h/次+0.060h/次+(0.067h/km)(0.1km/次)
=0.133(h/次)
③计算每周所需的时间Dw,按往返一次的路程计算。
Dw=Nw(Phcs+s+a+bx)/[H(1-ω)]
tw=(354次/周)[ 0.133 h/次+0.053h/次+0.022h/次+(0.022h/km)x]/[(8h/d)(1-0.15)]
=[10.81+(1.147/km)x]d/周
④计算每周的运行费用，按每往返一次的路程计算。
运行费=(16元/h)(8h/d)[10.81+(1.147/km)x]d/周=[1383.68+(146.82/km)x]元/周
(2)固定容器系统
①计算每次清空的容器数量。
ct=Vr/cf=(30m3/次×2/(8m3/容器×0.68)=11.03容器/次=11个容器/次
②计算每个容器的集装时间。
Pscs= ct(tuc)+(Np-1)(tdbc)= ct(tuc)+(Np-1)(tdbc)( a′+ b′x′)
=(11个容器/次)(0.050h/容器)+(11-1集装点/次)[(0.06h/集装点)
+ (0.067h/km)(0.1km/集装点)]=1.22h/次
③计算每周需要往返的次数。
Nw=Vw/Vr=(1925m3/周)/(30m3/次×2)=32次/周
④计算每周所需的收集时间Dw，按每次往返一次的路程计算。tw的值是通过将Nw的值进到大整数值而来。
Dw=[Nw Pscs+tw(S+a+bx)]/[(1-ω)H]={(32次/周)(1.22h/次)+(9次/周)
×[0.10h/次+0.022h/次+(0.022h/km)x]}/[(8h/d)(1-0.15)]
=[5.90+(0.029/km)x]d/周
⑤按往返一次的运输路程计算每周的运行费用
运行费＝(23元/h)(8h/d)×[5.90+(0.029/km)x]d/周=[1086.08+(5.34/km)x]元/周
(3)两种系统的比较
①通过使拖拽容器系统和固定容器系统的总费用相等，计算出在两种系统所需费用相同情况下，采用拖拽容器系统时的最大往返距离，即计算x
1350元/周+[1383.68+(146.82/km)x]元/周=2620元/周+[1086.08+(5.34/km)x]元/周
709．68元/周+(38.14/km)x元/周=985.44+(5.34/km)x元/周
(141.48/km)x=972.4
x=6.8km(单程距离3.4km)
大学城内垃圾清运路线最大单程距离为5km<6.8km，因此采用拖拽系统节省费用。
8.2XX大学城垃圾清运线路设计
(1)数据整理：
①设计人数=50000人；
②固体废物的收集率=1.03kg/(人·d);
③收集服务的类型：路边;
④收集车的容量=30m3;
⑤收集车中搅碎的特殊的固体废物的重量=187 .3kg/ m3；
⑥收集频率=3次/周。
(2)收集路线的特点：
①在大学城的主干道上没有反向转弯；
②在右手行驶的道路上每一面进行收集。
(3)计算
每周收集的垃圾量：
每周的垃圾体积=50000×1.03×7/187.3=1925 m3/周
每周需要的运输次数：
每周收集次数=1925/30=64.2;采用65趟
每趟服务的平均人数：
每趟服务人数=50000/65=770人
需要的清运车数目：
一辆车一天能收集四趟，清运车数目=65/(4×3)=6辆
需要的拖拽容器的数目：
固定容器数目=1925/(3×8)=80个
每个拖拽容器再配套配备一辆保洁手推车和一名清洁工负责服务区间的卫生。
XX大学城垃圾清运线路设计见附图。

9.清运路线工程概预算
垃圾转运站一周的运行费用为1350，一年的运行费用1350×4×12=6.5万元；
XX大学城垃圾清运路线工程概预算项目一览表

项目
需求数量
单价（万元）
总计（万元）
设备设施
拖拽容器
80
0.1
8
保洁手推车
80
0.05
4
果皮箱
400
0.03
12
压缩式垃圾转运站
1
50
50
清运车
6
10
60
合计
134万元

项目
数量
价格
总计（万元）
运行管理
清洁工工资
80
1万元/（年·人）
80
转运站运行费
1
6.5万元/（年·个）
6.5
清运车油费
6
1.5万/（年·辆）
9
驾驶员工资
6
2万/（年·人）
12
设备折旧费
—
—
13
合计
120.5万元

参考文献
[1] 蒋建国.固体废弃物处理处置工程.北京：化学工业出版社，2005
[2] 宁平.固体废弃物处理与处置实践教程.北京：化学工业出版社，2005
[3] 赵由才等.固体废弃物处理与资源化.北京：化学工业出版社，2006
[4] 汪群慧. 固体废物处理及资源化.北京：化学工业出版社，2004

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