《固废课程设计》word版.doc

佛山科学技术学院固体废物课程设计指导老师：黄德斌组员：李阜洋，杜洁瑶，杨杰枨环境与土木建筑学09级环境工程2013年1月目录1.前言42.材料收集42.1基本概念42.2学校概况52.3路线最优化设计理论依据52.4垃圾收运设计内容与步骤52.4.1收运系统模式设计内容52.4.2收运系统模式设计的一般步骤52.4.3收集路线设计一般步骤62.5设计衡量标准63区域调查63.1生活垃圾收集点的个数和位置。63.2区域收集容器类型73.3区域收集车辆83.4区域内垃圾收运方式84.垃圾收运数学分析84.1研究区域内垃圾日产生量的计算：84.2研究区域内垃圾日产生体积的计算：94.3垃圾收集点所需设置的垃圾容器数量：95.设计收集清运路线115.1移动容器收集操作法的路线设计115.1.1根据上图提供资料进行分析、列表115.1.2通过反复试算设计均衡的收集路线125.1.3确定从B点到处置场的最远距离135.2固定容器收集操作法的路线设计135.2.1用相同的方法求得每天需要收集的垃圾量135.2.2根据所收集的垃圾量，反复试算制定均衡的收集路线146.总结建议157. 结论151.前言目前，我国正处在城市化的进程之中，城市经济的迅速发展和城市人口的迅速增加，带来了一系列的城市问题。主要表现：1.产量迅速增加，统计结果表明，从1979年以来，我国的城市生活垃圾平均以每年的810的速度增长，到2000年，我国垃圾产量预测将达1.21.4亿吨；2.由于资金匮乏，管理体制不够完善，城市生活垃圾有效处置率仅为13，而城市垃圾无害化处理率仅有5左右；3.大量城市生活垃圾未经处理，任意堆置城郊，侵占大量土地，污染土壤，空气，水体，许多城市形成了“垃圾围城”的污染局面，污染事故发生。本次设计是针对佛山科学技术学院校本部校园垃圾进行及时收集及清运，通过校园垃圾的日产生量，合理布置垃圾分布点，及各个分布点垃圾桶数量，设计最省的垃圾清运路线，力求经济合理的收集每天校园垃圾，为生活创造美好的环境。2.材料收集2.1基本概念固体废物指在生产、生活和其它活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。固体废物包括城市生活垃圾、农业废弃物和工业废渣。一般来说，城市每人每天的增圾量为12公斤，其多寡及成分与居民物质生活水平、习惯、废旧物资回收利用程度、市政建设情况等有关。如国内的垃圾主要为厨房垃圾。有的城市，炉灰占70%，以厨房增圾为主的有机物约20%，其余为玻璃、塑料、废纸等。农业垃圾主要为粪便及植物秸杆类。工业废渣指工业生产过程排出的采矿废石，选矿尾矿、燃料废渣、冶炼及化工过程废渣等。固体废物是环境的污染源，除了直接污染外，还经常以水、大气和土壤为媒介污染环境。2.2学校概况佛山科学技术学院现有江湾一路、北院、河滨路、同济西路四个校区，占地面积2210.7亩，建筑面积34.54万平方米。现在调查的是江湾一路校本部，占地35.5万平方米，共533亩；建筑面积16万平方米，设计服务区内常住总人数4900人。2.3路线最优化设计理论依据根据固体废物处理与资源化课程学习，现对佛山科学技术学院校本部垃圾进行垃圾收集、运输与处理。其中垃圾收运是垃圾护理系统中一个重要的环节，其费用占整个垃圾处理系统的60%80%。生活垃圾收运的原则是：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。清运操作方法可分为拖拽式和固定式两种。 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1和图2。图1 一般操作法图2 修改工作法备注：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）。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3。图3 固定容器收集操作备注：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；因此，科学合理地制定收运计划非常关键。生活垃圾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，及搬运于贮存；第二阶段是垃圾的清除（简称清运），通常指垃圾的近距离运输；第三阶段为转运，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。2.4垃圾收运设计内容与步骤2.4.1收运系统模式设计内容 收运系统模式设计内容包括：（1）确定采用有中转收运模式或无中转模式；（2）确定生活垃圾收集方式，即流动车辆收集或收集站收集；（3）配置系统硬件（包括车辆、中转站布点及设备等）；（4）配置作业规程。2.4.2收运系统模式设计的一般步骤 设计收运系统模式的一般步骤为：（1）进行城市生活垃圾产量、成分、分布的统计及预测；（2）按照可持续发展要求，制定城市生活垃圾处理规划，包括处理工艺的确定，处理场布点及处理能力确定；（3）按照整洁、卫生、经济、方便、协调原则确定生活垃圾收集方式；（4）按照经济、协调原则确定是否采用中转；（5）按照经济、协调原则及城市基本情况配置系统硬件；（6）根据经济、协调及城市基本情况配置系统硬件，根据经济、协调及系统硬件的特征制定作业规程。 收运系统模式设计一般需要有一个反复的过程，通过各种因素的比较和权衡，最后获得最佳的生活垃圾收运模式。2.4.3收集路线设计一般步骤 设计收集路线的步骤为：（1）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；（2）资料分析，将资料数据概要列为表格；（3）初步收集路线设计；（4）为初步收集路线进行比较，通过反复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、收集时间大致相等，最后将确定的收集路线画在收集区域图上。2.5设计衡量标准衡量一个垃圾收运系统的优劣应从以下几个方面进行：（1）系统前后环节的配合；（2）对环境的影响；（3）劳动条件的改善；（4）经济性。3区域调查3.1生活垃圾收集点的个数和位置。佛山科学技术学院（本部）占地35.5万平方米，共533亩；建筑面积16万平方米，设计服务区内常住总人数4900人，佛山科学技术学院（本部）平面图见图4。本次设计不包括本部西区。所调查区域统计情况如表1。表1 佛山科学技术学院（本部除西区外）建筑情况统计建筑类型数量（座）总和（人）居住楼家属楼231050(350户)学生宿舍楼113850功能楼教学办公楼11活动休闲楼5食堂2备注：教学办公楼包括教学楼、办公楼、幼儿园、校医院、图书馆；区域内一共设置150个垃圾收集点，每个收集点放置有一个收集容器，学校保洁绿化中心并没有对清运路线进行安排，由清洁工人随意行走路线清理，没有固定路线，收集容器的分布情况见下图4：图43.2区域收集容器类型由于各功能区域的差别，使用的收集容器并不一样。对于公共贮存，常见的有活动式轮的垃圾桶、固定式砖砌垃圾箱、铁制活底卫生箱、车箱式集装箱等；对于街道贮存，除使用公共贮存容器外，还配置大量供行人丢弃废纸、果壳、烟蒂等物的各种类型的废物箱。调查区域内校道安置的收集容器主要有三种，另外还有三个果皮箱，楼层垃圾采用集中式收集。各垃圾桶具体容量及规格见下表2； 表2 各垃圾桶具体容量及规格容器类型数量(个)尺寸(cm)体积V(L)容器填充系数f可收集垃圾体积(L)道路圆筒垃圾桶40直径D501760.353高H90小型圆筒垃圾桶20直径D30420.417高H60 道路方圆垃圾桶90长L42500.525宽C20高H60果皮垃圾桶3长L42500.525宽C20高H603.3区域收集车辆由于学校地形和人员流动的限制，学校安排使用的是人力手拉车的垃圾清运车，规格为1207060cm，即510L/辆。垃圾清运车一共有16辆，放置的位置在各个主楼体建筑楼下和各主要校道的旁边。3.4区域内垃圾收运方式调查区域内采用的是固定容器收集操作法，装车方法则是采用人工操作。4.垃圾收运数学分析4.1研究区域内垃圾日产生量的计算： （4-1） -第i个收集点的垃圾日产生量，；-第i个收集点的居住人口数；-垃圾单位产量，取0.001；-垃圾日产量不均匀系数，取1.1；-居住人口变动系数，取1.02；确定研究区域内8130人每日产生的总垃圾量。4.2研究区域内垃圾日产生体积的计算： （4-2） -第i个收集点的垃圾平均日产生体积，-第i个收集点的垃圾日产生量，；-垃圾容重变动系数，取0.8；-垃圾平均容重，取0.55； （4-3） -第i个收集点的垃圾产生高峰时日产生最大体积，；-垃圾高峰时的体积变动系数，取1.6；根据算出的每日垃圾量算出垃圾日产生体积，并算出垃圾产生高峰时日产生最大体积。4.3垃圾收集点所需设置的垃圾容器数量： （4-4）-第i个收集点平均所需设置的垃圾容器数量，个；-第i个收集点的垃圾平均日产生体积，-单个垃圾容器的容积，取0.1m3/个； （4-5） -第i个收集点垃圾产生高峰时所需设置的垃圾容器数量，个；-第i个收集点的垃圾产生高峰时日产生最大体积，；-垃圾容器填充系数，取0.9；-第i个收集点的垃圾收集周期，d/次，当每1d收集1次时，T=1，每2d收集1次，T=2，依次类推；根据算出的垃圾日产生体积求出收集点所需设置的垃圾容器数量。最后，使用垃圾产生高峰时所需设置的垃圾容器数量（）来确定该服务区应设置垃圾容器的数量，然后再合理地分配在各服务地点。容器最好集中于收集点附近，收集点的服务半径一般不超过70m。根据上述公式，计算出服务区域内各功能区的垃圾进行统计，数据如表3：表3 服务区域内各功能区的垃圾统计编号项目区域日产生量t/d日产生体积L /d日产生最大体积L/d垃圾容器数量平均值垃圾容器数量最大值1致用楼0.220 1150184013 20 2基础实验楼0.660 1500240017 27 3孔安道0.220 1150184013 20 4幼儿园0.220 1150184013 20 5行政办公楼0.110 2504003 4 6会通楼0.900 2045327223 36 7图书馆0.530 1204192613 21 8信息楼0.620 1409225416 25 9家属楼1.180 2682429130 48 10学生宿舍3.900 8864141898 16 11体育馆0.330 75012008 13 12西区饭堂1.000 2270363225 40 13东区饭堂1.300 2955472833 53 14学生活动中心0.068 1545247217 27 15教工活动中心0.056 1273203714 23 16聚英园0.150 3415464 6 17后勤办公楼0.020 45721 1 垃圾总量11.4843058336168340 402 5.设计收集清运路线图二为服务区域（步骤一已在图上完成）。设计移动式和固定式两种手机操作方法的收集路线。两种收集方法若在每天8小时内必须完成收集任务，确定处置场距B点的最远距离。已知有关数据和要求如下表:备注：1、在每日8小时中完成收集任务；2、一周两次收集频率的容器必须在周三和周五收集；3、一周三次收集频率的容器必须在周一、周三和周五收集；4、容器可以在它们放置的十字路口的任意一边装载；5、每天都要在车库开始和结束任务；6、对移动容器收运系统来说，收集应该在周一到周五；7、移动容器收集操作法按交换模式进行；8、对固定容器收运系统来说，收集应该是每周四天（周一、周二、周三和周五），每天一趟；9、容器的平均填充系数为0.8，固定容器收集操作的收集车采用压缩比为2的后装式压缩车；10、移动容器收集操作作业数据：容器集装和放回时间为0.025h/次；卸车时间为0.04h/次；11、固定容器收集操作作业数据：容器卸空时间为0.04h/个；卸车时间为0.10h/次；12、容器间估算行驶时间常数为a=0.05h/次，b=0.05h/km；13、确定两种收集操作的运输时间、使用运输时间常数为a=0.06h/次，b=0.025h/km；14、两种收集操作的非收集时间系数均为0.15。5.1移动容器收集操作法的路线设计5.11根据上图提供资料进行分析、列表收集区域共有17个集装点，其中收集次数每周1次的有9个，每周行程共收集9次，时间安排在星期一至星期五；收集次数每周7次的有8个，每周行程共收集56次，时间安排每天都要进行。合理的安排是使每周各个工作日集装的容器数大致相等以及每天的行驶距离相当。两种收集次数的集装点，每周共需行程65次，因此平均安排每天收集9次，具体分配见表4。表4 容器收集安排收集次数/（次/周1）集装点数/（次1）行程数/（周1）每天倒空的容器数星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日199212111178568888888共合计17651091099995.1.2通过反复试算设计均衡的收集路线在满足表三规定的次数要求的条件下，找到一种收集路线方案，使每天的行程大致相等，A点到B点的一次行驶距离最短为1km。每周收集路线设计和距离计算结果在表5中列出。表5 每周收集路线设计和距离计算5.1.4确定从B点到处置场的最远距离求出每次行程的集装时间：因为使用交换容器收集操作法，故每次行程时间不包括容器间行驶时间，即：求往返运距：即：8h/d=9(0.05+0.04+0.06+0.025x)/(1-0.15) X=24km/次最后确定从B点至处置场距离：因为运距包括收集路线距离，将其扣除后除以往返双程，便可确定从B点至处置场最远单程距离：（24- ）km=11.64km5.2固定容器收集操作法的路线设计 5.2.1用相同的方法求得每天需要收集的垃圾量，计算结果列于表6 表6 每日垃圾收集安排收集次数/（次/周1）垃圾量/m3每天倒空的容器数星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日11426666666772424242424242424共合计210303030303030305.2.2根据所收集的垃圾量，反复试算制定均衡的收集路线，每日收集路线列于表7，A点和B点的每日行驶距离列于表8。表7固定容器收集操作法收集路线星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日集装次序垃圾量/m3集装次序垃圾量/m3集装次序垃圾量/m3集装次序垃圾量/m3集装次序垃圾量/m3集装次序垃圾量/m3集装次序垃圾量/m3838383838383836465124124541741241717646312365632424171665161735342325172624124433534243535132125731083511115414393163总计32总计31总计32总计33总计31总计33总计30表8 A点和B点的每日行驶距离星期一二三四五六日行驶距离/km1.21.51.61.61.61.71.85.2.3从表8知，每天行程收集的容器数大约8个，故容器间的平均行驶距离为：km=0.196km每次行程的集装时间：=8（0.04+0.05+0.050.21）h/次=0.1h/次5.2.4求往返运距：即：8h/d=h/dX=261.6km5.2.5确定从B点至处置场的最远距离： =130.8km 6.总结建议收集成本的高低，主要取决于收集时间长短。如果采用移动容器操作方法，收集的时间比较长，收集成本会很高。采用固定容器收集操作方法，环卫工人可以每天按照固定路线或固定工作时间进行收集，具有收集时间固定、路线长短可以根据人员和设备进行及时的调整、收集时间也会减少的特点。因此本组设计人员建议采用固定容器收集操作法。7. 结论（1) 我们在计算生活垃圾最佳收集运输路线时，因为研究点至垃圾填埋场所经路线仅有两条，所以计算时用了穷举法。如果所经路线比较多时，可利用动态规划结合建立的目标函数设计城市生活垃圾最佳收集运输路线。此外，在收集运输城市生活垃圾时，可以利用反馈系统，实现收集运输车辆和收集路线的动态分配，减少车辆资源的浪费，这对于将来校园垃圾的收季运输是非常重要的。 （2）但也存在