引言
生活垃圾的收集与运输工作在城市生活垃圾管理体系中占据着重要位置，而垃圾自动收集系统作为发达城市CBD地区首选的垃圾收集技术，不仅是实现垃圾“减量化、资源化、无害化”、垃圾管理智能化以及提升城市垃圾处理水平的根本途径，还方便与垃圾分类收集管理要求进行对接，因而具有十分广阔的应用前景。
本文将在全面介绍垃圾自动收集系统的工作原理、系统构成、技术特点以及分析国内外垃圾自动收集系统应用现状的基础上，深入探讨深圳市垃圾收运现状及存在的核心问题，进而探索垃圾自动收集系统在深圳市的应用策略。以期为深圳市及其他经济和人口高度集聚城市的垃圾自动收集系统项目的规划建设和运营管理提供科学参考。
近些年来，由于深受邻避效应和经济效益优先考虑的影响，环卫设施屡屡出现落地难现象，从而引发垃圾围城、城市发展阻滞不前的困境。Kaliampakos和Benardos等[1]提出未来城市的可持续发展依赖于地下空间的开发利用，可以将环境不友好、建设有难度、经济效益差的基础设施移至于地下，从而释放地上空间，发挥其最大的利用价值。因此环卫设施向地下空间的转移，是城市和社会经济发展的必然趋势[2]。
环卫设施向地下空间的转移，是城市和社会经济发展的必然趋势（图片来源：pixabay）
生活垃圾的流动过程主要为“家庭、办公、商业及公共场所等地→收集点→转运场所→垃圾无害化处理场（厂）”，由于生活垃圾产生源在空间上分布具有高度分散、随机性强及范围广等特点，致使生活垃圾前端收集与运输工作的完善成为城市固体废弃物管理的一个重大问题。据调查，生活垃圾的收运费用约占城市生活垃圾管理费用的60%以上[3]。通过大量文献梳理及现场调研，总结出国内外垃圾收运技术表现形式主要分为两大类：一类是以“袋或桶”为收集点，以“车”为运输设备的传统收运模式；另一种是由瑞典恩华特公司发明的垃圾自动收集系统。
01 垃圾自动收集系统
垃圾自动收集系统技术是一种将垃圾收集与运输一体化的新型垃圾收运方式，它以真空涡轮机和低碳钢管道为基本设备，将生活垃圾由产生源地通过敷设在住宅区和城市道路下的真空管道网络抽送至集中点[4]。相比于传统的垃圾收运模式，其具有三大优势：
一是将垃圾的收运过程由地上移至地下，这意味着固体废弃物的收运将类似于城市供水、污水排放、天然气和电力输送等一样，成为必要的地下公共设施；二是由暴露转变为封闭，与居民生活环境完全隔绝，具有很强的环境价值；三是取消人工，由电脑自动控制与监测，极大提升收运效率，将是城市智能化发展的一项技术选择。因此，将垃圾自动收集系统技术应用于城市固体废弃物收运的工作，对于土地利用率高、人口和经济高度集聚的城市具有很强的实践意义。
1.1 工作原理
垃圾自动收集系统又名垃圾气力输送系统，即借助气动力，将散落在各处的生活垃圾以60~70km/h的高速通过预先铺设的地下管道系统运输至中央收集站指定的密闭压缩罐中，最后运送至垃圾处理场（厂）进行处理。根据系统规模或服务范围大小不同，可分为固定式和移动式两类，根据收运垃圾对象的不同，可分为餐厨垃圾、生活垃圾及衣被废物等收集系统[5]。
垃圾自动收集系统示意图（图片来源：Excel Group of Companies）
1.2 系统构成
根据垃圾自动收集系统工作原理，一般情况下，其系统构成主要包括三个部分，即投放系统、地下管道网络系统和中央收集系统[6,7]。
投放系统是指居民投放垃圾的入口处，连接输送管道前部分，主要包括垃圾投放口、暂存垃圾槽及通风除臭设备等，其中垃圾投放口的设计应本着安全、卫生、便民和利用率最大化原则，可内置于室内墙壁或独立于室外街道路口，室外投放口可以为地下式或半地下式。此外，可以通过设置不同投入口或按日期不同分类投放传送，实现垃圾分类收集。
地下管道网络系统如同一条传输纽带，在负压气流作用下，将垃圾从投放系统输送至中央收集系统。
中央收集站的功能类似于综合性压缩式垃圾转运站，具有压缩、转运、储存、分选、回收等功能，但与传统的垃圾转运站相比最大特点是全自动化，且其服务半径扩大至2公里以上。其设备主要包括密闭压缩罐、空气过滤室及抽风机等，密闭压缩罐的数量设置可以根据垃圾分类、垃圾清运量及清运次数等因素有关。
1.3 技术特点
垃圾自动收集系统在应用过程中的技术特点主要体现在以下五个方面：
1）操作上电脑监控，收运智能化管理。垃圾收运的全自动化一方面意味着劳动强度显著降低，人工成本减少，环卫工人的劳动环境得到改善；另一方面意味着垃圾收运效率得到提高，这有利于人流量大的场所或时期（如交通枢纽地区或大型展会的开展）产生的大量垃圾得到及时清运，避免外溢严重损害整体形象；此外由电脑监控，可以实时监测垃圾收集与运输全过程，一旦出现问题，可及时得到监查与处理；
2）由先前的地面暴露收运转变为地下封闭收集，取消了垃圾车等配套设备的使用。一方面缓解了交通压力，减少了空气污染，降低了噪声，另一方面垃圾收运过程实现全密封，既消除了传统垃圾收运过程产生的视觉污染，又避免了臭气散发和污水滴漏，有效控制了二次污染，呈现出干净整洁的特点，具有显著的环境效益；
3）能一年365天、一天24小时稳定运行，不受季节、天气、突发事件等影响，垃圾状态稳定，有利于后续填埋或焚烧处理；
4）相对于传统收运模式来说，垃圾自动收集系统运营成本和管理费用相对较低，但一次性投资成本过高，从长期投资运营来看，垃圾自动收集系统运营成本和管理费用的节省可以弥补投资成本过高的缺陷。D.Nakou等[8]评估了垃圾自动收集系统代替传统收运模式应用于雅典垃圾收集与运输的经济效益，发现这两个收运系统年成本大致相同，且垃圾自动收集系统的运营成本降低了将近40%；
5） 由于技术水平发展的限制，垃圾自动收集系统的管道易堵塞且对垃圾投入的种类有所限制，不适合大件垃圾、有毒垃圾、坚硬物品、粘性物品、餐厨垃圾等固体废弃物的投放。具体来说，垃圾自动收集系统的优势和劣势总结如下表所示。
垃圾自动收集系统技术的优势和劣势（图片来源：作者自绘）
1.4 发展及应用现状分析
（1）国外发展及应用现状
垃圾自动收集系统最早于20世纪60年代应用瑞典斯德哥摩尔一家医院的垃圾收集与运输，之后在欧洲得到发展，目前，在国外已发展相当成熟，并广泛应用于瑞典、芬兰、柏林、英国、东京、首尔、新加坡等国家或地区[10]，有近千套运营成功的案例。主要应用的区域类型包括生活小区、商业区、体育场馆、航空厨房和医院等。其中典型案例有瑞典汉马贝滨海新城、英国温布利[11]及韩国龙仁市垃圾自动收集系统[12]的建设。
瑞典为进行旧工业区改造，建设循环生态圈，其政府在汉马贝滨海新城分期投资建设4套垃圾自动收集系统（其中3套为固定式的，1套为移动式），平均每套系统管道里程为4千米，收集规模为15吨/日，该系统分三类收集，即有机垃圾、可燃垃圾和纸张。服务人口为2.5万人，约1.1万套公寓。垃圾自动收集系统的应用，显著改善了城市环境卫生，提高了垃圾处理效率。
为了响应垃圾回收、资源化利用的政策，英国温布利城市应用了垃圾气力输送系统，根据投入口颜色设置的不同将垃圾分为有机物质（如食物、园林垃圾等）、干垃圾（纸、卡片、玻璃、罐头、塑料瓶等）和其他生活垃圾，服务面积为85亩，服务区域是一个包含4200个居住区、商店、餐饮、办公楼等综合性社区。该系统的应用，显著减少了二氧化碳的排放，释放了大量的地面空间（1865平方米住宅楼建设面积， 62个停车位及1106平方米商业区建设面积）。
韩国龙仁市于2000年建成并运行恩华特公司发明的封闭式垃圾自动收集系统，该系统地下管网连接了105幢不同高度的建筑、20个公寓楼，分两类收集来自该地区14000户家庭和无数商店、饭店的垃圾，每日收集能力为28吨，分类后的可焚烧垃圾被直接输送到垃圾焚烧厂进行处理，为14000户居民提供电力和热能，剩余部分则被填埋，经实践表明：90%以上的住户对该系统是满意的，70%的住户认为该系统为他们的房屋带来了附加价值，目前韩国政府正在将封闭式垃圾自动收集系统列入城市发展规划中。
（2）国内发展及应用现状
国内垃圾自动收集系统应用起步较晚，目前主要应用于香港特别行政区及北京、天津、上海、广州、深圳等城市，应用范围包括大型展会、城市新建区、机场、医院、高档住宅、高新科技园区等地。
香港：为了建设示范型高档次工业园，政府于2002年在香港科技园一期投资建设一套固定式垃圾自动收集，服务区域涵盖22栋办公楼，服务人口约1万人，管道里程4200米，收运规模为10吨/天。
天津：中新天津生态城为落实生态城指标体系中对生活垃圾回收率和无害化处理率的要求，建设了国内第一套垃圾干湿分类垃圾自动收集系统。按照规划，收集系统建筑面积530万平方米，拥有4个中央垃圾收集站，收集能力将达到87.2吨/日，服务人口约10万人，目前已投入使用一套系统[13]。
上海：为了在2010年世博会中展示上海市良好的市容景观和环境卫生，在世博园内设置该系统应用于世博园区，服务面积0.5平方公里，收运规模为30-40吨/天，气力输送总管长6800米，管径DN500，中央垃圾收集站占地面积2835平方米，总投资为5983.43万元。
广州：政府总投资约3亿元在金沙洲居住新城建设4套垃圾自动收集系统，服务面积9.08平方公里，服务人口11万人，总收运规模165吨/天；
深圳：2011年，深圳市大运会部分运用到了垃圾自动收集系统，大运会结束后移交深圳市信息职业技术学院。目前深圳市仅此一套垃圾自动收集系统。服务面积约0.5平方公里，服务建筑面积约47.8万平方米，服务人口1万余人，收运规模6.3吨/天，投资造价约为100元/平方米建筑面积，运营成本为0.8~1.5元/平方米建筑面积。
综合对比国内外发展及应用现状发现，垃圾自动收集系统在国外应用相当成功，而在国内除了香港以外，上海世博会、深圳大运村和广州金沙洲垃圾自动收集系统基本上已成为摆设。原因主要包括：
1）从技术上来说，内陆对于垃圾自动收集系统技术只是简单的技术复制，未根据地区差异性进行技术改良与创新；2）系统运营管理上存在着盲区或困难，运行具有很大的不稳定性，容易造成管道堵塞和腐蚀；3）使用者素质不高，垃圾投放要求不符；4）后续使用及维护费用分摊不明确等严重影响着垃圾自动收集系统的长久运行等。
02 深圳市垃圾收运现状及存在问题
2.1 垃圾收运现状
根据深圳市人居环境委员会发布的环境状况公报可知：“十二五”期间，深圳市城市生活垃圾产生量呈逐年上升趋势，2016年，生活垃圾清运量达15679吨/日，年清运总量约572.28万吨。对于垃圾的收集，深圳市主要采用混合收集-袋装投放方式，部分试点小区（约800个）开展了分类收集。转运方式为以小型垃圾转运站为主、大型垃圾转运站为辅，收运设备主要为转运站配备的半挂式集装箱和牵引拖车。
深圳市生活垃圾现状收运技术路线图（图片来源：作者自绘）
据深圳市城市管理局统计，截至2017年，深圳市共建有垃圾转运站999座，其中大型转运站1座（位于宝安区西乡街道）、小型转运站998座。此外，这些转运站还配备有环卫运输车辆共682辆。
2.2 存在的核心问题
通过分析，虽然深圳市现有收运系统基本上切合了全市生活垃圾收集、转运的需求，但仍然存在着很多隐患问题，主要表现在三个方面：
（1）收集点一般设置在居民住宅门口角落或楼梯间角落、小区、街道等处，垃圾堆放暴露于居民生活环境中，而且垃圾收集绝大部分采取的专人定时定点收集，因无实时检测，垃圾收集点易发生满溢现象而得不到及时处理，这一方面不仅产生了视觉污染，而且垃圾放置时间内，易产生恶臭、蚊虫鼠蝇滋生、污水等二次污染；
（2）手推车、大型垃圾车等穿梭于住宅、社区、城市中，运输过程无法达到完全封闭，交通堵塞、恶臭、垃圾渗滤液泄露等问题时而发生，对城市环境卫生形象造成潜在的破坏；
（3）由于邻避效应和前期环卫设施规划滞后城市发展等原因，垃圾转运站落地难，布局不够科学，分布不均匀，无法达到服务效益最大化。而且小型垃圾压缩站的服务半径在0.6~1千米，收运效率受运输工具的严重制约，共享服务范围有一定限制。
03 垃圾自动收集系统在深圳市应用建议
目前，深圳市仅有一套垃圾自动收集系统，且运营效果不太理想。因此本文将结合垃圾自动收集系统的技术特色及深圳市垃圾收运过程中存在的核心问题，在借鉴国内外成功经验的基础上，提出深圳市垃圾自动收集系统的应用建议。
3.1 小范围试点，逐步推广
深圳市“十三五”规划将深圳市定位于现代化国际化创新城市，高端的城市功能与定位要求需要安全、稳定、先进、永续的市政基础设施建设来支撑，而环卫工程作为市政工程的重要一部分，也应该体现高标准、严要求。且深圳市多数以高层为主，楼房的密度较高，土地资源极其紧缺宝贵，因此，垃圾自动收集系统无疑是提升城市质量的一项现代化创新型环卫技术。但目前垃圾自动收集系统技术存在着一次性投资大、对系统的维护和管理要求较高等缺陷。因此，对于深圳市的发展情况来说，现阶段只适合小范围试点。建议先在中央商务区、大型会展区、机场、医院等推广使用，如前海合作区、深圳湾总部基地、大空港地区等。
3.2 降低生活垃圾含水率是垃圾自动收集系统应用的技术关键
深圳市生活垃圾平均含水率为40~60%，高含水率主要是因为现阶段厨余垃圾混杂于生活垃圾当中。而高含水率得生活垃圾在管道抽吸过程中将产生大量渗滤液，不仅会严重腐蚀管道，而且会带来臭气、堵塞管道等问题。因此建议在垃圾投入之前进行干湿分类，或者学习日本的厨房垃圾沥干办法，在水池边加一个沥水网兜，这样可以将剩菜汤沥干后再与干垃圾一起投入。
3.3 树立全生命周期成本理念，通过多种方式鼓励和引导开发商建设自动垃圾收集系统
全生命周期成本是指工程全寿命周期成本的总和，包括工程建设成本、运营管理成本及养护维修成本。规划建设垃圾自动收集系统时，首先要树立全生命周期成本的理念，即不仅要关心垃圾自动收集系统建设的初期成本，而且要考虑后期维修和养护成本，更要将垃圾收集系统放到社会和环境两大系统中，看到其产生的环境和社会成本。
由于垃圾自动收集系统一次性投资较大，采用政府直接投资模式短时间内政府将面临资金短缺的困境，加重财政负担。因此应通过多种方式鼓励和引导开发商建设自动手机系统。如像韩国龙仁市一样，通过引导普通公寓开发商在申请“公共住宅项目许可”时设置垃圾自动收集系统。
3.4 借助深圳市开展全市综合管廊规划建设契机，对垃圾自动收集系统进行设计、建设、运营维护与投融资等专题研究
2016年，深圳市组织实施地下综合管廊工程规划，目前光明区、前海等区域均建设了地下综合管廊。为了减少开挖等工程，节省建设成本，垃圾自动收集系统可依赖于综合管廊建设，与其他市政管线共同敷设，减少维护成本。在进行建设前，应全方位开展垃圾自动收集系统设计、建设、运营维护与投融资等方面的专题研究。
此外，建议垃圾自动收集系统的投入口及中央收集站的设计可结合片区城市设计的效果灵活调整，与周边环境景观协调，为城市设计加分。垃圾投入口易设置在显眼的地方，既方便垃圾投入又利于互相监督。
结语
垃圾自动收集系统作为一种新型低碳市政先进技术，不仅体现了土地集约化利用，而且具有显著的环境效益和社会效益。从长期运营角度来看，其经济效益与传统收运模式相当。因此，垃圾自动收集系统技术在土地利用率高、人口和经济高度集聚的城市如深圳有很强的推广应用意义。但目前国内应用案例大部分均以失败告终，主要原因在于垃圾自动收集系统技术由国外公司垄断，国内并未掌握技术核心，导致技术因地制宜创新改造止步不前，所以建议政府应该建立专项基金，培养这方面的创新型人才，攻克技术难关。
深圳市作为具有国际影响和国内发达的大都市，立志于建设国外先进、国内领先水平的环境友好型环卫设施。虽然垃圾自动收集系统技术的应用对深圳市城市发展是一项不错技术选择，但这并不意味着取消传统的垃圾收运方式，而恰恰是对于传统垃圾收运模式的一种完善。此外，垃圾自动收集系统具有一次性投资大、管理维护要求高等缺点，因此在垃圾自动收集系统引入应用之前，应从设计、建设、运营维护等方面开展全方位专题研究，明确垃圾自动收集系统的适用条件、建设模式、用地标准及运营维护方案。
参考文献详见：
http://xy1qo2pki9ewx9os.mikecrm.com/UqGzf6j
作者
李蕾，毕业于中国科学院重庆绿色智能技术研究院环境科学专业，现任职于深圳市城市规划设计研究院
唐圣钧，毕业于同济大学环境工程专业，现任职于深圳市城市规划设计研究院
编辑、排版 / 陈程
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