關于鐵路隧道污水處理站運營維護費用的研究

2024-06-14 15:37:33張衍

交通科技與管理 2024年8期

張衍

摘要在環保要求下，鐵路隧道需設置污水處理站對施工時會產生的廢水進行處理，達到相應的排放標準或滿足環保要求后方可排放。污水處理費用除包括大型臨時工程有關土建和設備費用外，還包含工程建設期隧道污水處理站運行時發生的人工、材料、機械動力消耗等運營維護費用。文章在現行設計規范的基礎上，通過分析西十高鐵等鐵路項目隧道污水處理站運行維護數據，對污水處理站材料及運維相關消耗展開研究，并分析相關費用指標，為相關的費用標準或定額子目提供一定的參考。

關鍵詞環保要求；鐵路隧道；污水處理站；運營維護費用研究

中圖分類號 TU-9文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0173-04

0 引言

近年來，隨著綠色環保施工理念深入人心，鐵路隧道施工時產生的施工廢水也日益引起重視。根據我國環保要求，施工廢水需經處理達到相應的排放標準或滿足環保要求后方可排放[1]。鐵路概預算編制辦法規定，根據特殊環保要求必須設置的隧道污水處理站屬于大臨工程。隧道污水處理站費用內容[2]除包含租地、青苗補償、拆遷補償、復墾及其他所有與土地有關的費用、土建工程及設備安拆費用、折舊費用外，還包括工程建設期隧道污水處理站運行時發生的人工、材料、機械動力消耗等運營維護費用。

在設計階段，隧道污水處理站的設計方案、圖紙、工程數量等可根據《中國鐵路總公司工程管理中心關于印發〈鐵路隧道工程施工期生產廢水處理技術管理手冊〉的通知》（工管工調函〔2018〕149號）（以下簡稱“廢水處理手冊”）等相關規范開展設計，相應的土建和設備相關費用可明確計算[3]。但現行鐵路造價標準中尚缺少污水處理站運營維護費用的相關標準或定額子目，相關費用多依靠經驗指標進行估算，對鐵路隧道污水處理站運營維護費用標準展開研究非常有必要。

1 污水特征及處理工藝

施工廢水的污染物特征決定了廢水的處理工藝，從而決定了廢水的處理成本，即污水處理站的運營維護費用。一般來說，隧道施工廢水主要來源于隧道穿越不良地質單元時產生的涌水、施工面鉆孔廢水、爆破后降塵廢水、噴射混凝土和注漿產生的廢水，以及被污染的基巖裂隙水、巖溶水等。不同隧道因地層巖性的差異水質會有較大的差異，相同的隧道不同施工段落的水質也會因為施工材料及工法、涌水量的變化等因素呈現較大的差異。該文選取沈白鐵路、西十高鐵、集大原鐵路等多個鐵路項目隧道的施工廢水及處理工藝數據，如表1所示。

可以看出，各鐵路項目隧道施工廢水污染物均以懸浮物（SS）超標為主，部分工點pH值超標。各工點施工廢水化學需氧量（COD）及氨氮等污染物均未出現長期超標現象，不是隧道污水的主要污染物。

各工點污水懸浮物處理使用的混凝劑主要為無機混凝劑聚合氯化鋁PAC[4]、有機混凝劑聚丙烯酰胺PAM[5]，使用的酸性中和劑主要為草酸。其中，PAC是一種高性能無機高分子混凝劑，具有混凝效果好、適用范圍廣、有效成分高、藥劑用量少、成本低、脫水性能好、腐蝕性小等優點，是各工點廢水處理主要的無機混凝劑。PAM一種重要的有機高分子混凝劑，具有良好的水溶性、優良的絮凝性能和吸附性能，通過架橋作用可以加速懸浮液中粒子的沉降，作為助凝劑使用。

針對隧道施工廢水特點，總結各工點污水處理的流程圖如圖1所示。核心工藝如下：

（1）預沉淀。隧道施工生產廢水經預沉池進行初步沉沙，初沉池中最佳停留時間一般為45～90 min。預沉淀利用廢水自然沉降性能，將懸浮于廢水中的可沉淀固體懸浮物沉淀下來，可減少混凝劑投加量。

（2）混凝及中和。預沉淀后，廢水自流進入隔板反應池，由投藥設備加酸性中和劑、混凝劑等進行酸堿中和及混凝反應。混凝沉淀是廢水處理最常用的方法之一，通過向水體投加混凝劑和助凝劑等藥劑，混凝劑水解產物壓縮膠體顆粒的擴散層，使得膠粒脫穩相互聚結；或通過混凝水解和縮聚反應形成的高聚物強烈吸附架橋作用，使得膠粒吸附黏結。中和是針對廢水pH值呈弱堿性的處理工藝。

（3）沉淀。廢水經反應池流入調節沉淀池進行沉淀，經充分沉淀后去除大部分懸浮顆粒及絮凝物。

（4）過濾。沉淀池中的上清液經濾罐進行過濾處理，過濾掉細小懸浮物。

（5）回用或排放。廢水經過濾設備后，懸浮顆粒及雜質基本去除，出水水質滿足排放或回用要求。

另外，氨氮及石油類污染物不是隧道施工廢水的長期超標污染物，各工點均未針對石油類污染物采用氣浮工藝，這一現象與薛正、茹旭[6-8]等國內學者的研究結論相符。

2 污水處理運營維護費用研究

2.1 運營維護消耗

隧道施工污水處理站運營、維護的工作內容為構筑物管理和設備管理兩部分，具體包括定期清理維護進水格柵板、反應池與調節沉淀池等各類構筑物，定期清理刮泥機、過濾等設備，投藥量計算和調節等投藥設備管理等。

根據施工廢水的處理工藝分析，運營維護的費用由材料（混凝劑、酸性中和劑）、運維（人工、電量）兩部分消耗組成。該文對西十高鐵項目等隧道污水處理站工點正常運行狀態下的各項資源消耗參數進行如實記錄，并采用回歸分析的基本原理對統計數據進行數理分析，得到各工點處理單位水量（100 m3）消耗數據如表2所示。

根據現場調研結果，不同污水處理能力的污水處理站人員配置基本一致，污水處理設備功率與處理能力呈正相關，而污水處理能力是污水水量的直接體現，即來水量的大小對單位水量下人工和電量的消耗具有較大影響。從現場數據可以看出，運維人工及電量消耗與處理水量、設備額定功率等參數密切相關，運維人工及電量消耗與污水處理站的設計處理能力呈較強的負相關性。而受現場人員操作水平、來水量大小、來水速度、處理設備差異等諸多因素影響，懸浮物濃度與現場藥劑的使用消耗無明顯的線性關系。

2.2 運營維護費用指標

按2017版鐵路定額編制原則，大臨工程人工工日基期單價取66元/工日，電基價取0.47元/kW·h，補充藥劑材料出廠單價及規格型號如表3所示，施工措施費按1區計取，間接費按隧道工程間接費費率的0.8考慮，稅金按9%計取。測定運維人工、電量的費用指標如表4所示，混凝劑和中和劑材料處理單位水量（100 m3）的費用指標如表5所示。

綜合上述運維人工及用電費用指標、材料費用指標，在施工廢水pH值未超標的情況下，常規采用沉淀和混凝工藝的隧道污水處理站，運維費用指標約為56.8～97.4元/100 m3，且費用指標值隨污水處理站處理能力的增強而降低。對于施工廢水pH值超標（pH值約等于11的情況）需采用中和工藝的情況，中和劑費用指標約為113元/100 m3。

2.3 費用指標分析

2.3.1 混凝劑指標分析

廢水處理手冊根據隧道施工廢水濁度大小，對PAC的投加量按濁度（NTU）給出了建議值。濁度（NTU）與懸浮物濃度（SS）都是反映水中粗分散顆粒的指標，但二者含義不同，根據《室外給水設計標準》（GB50013—

2018）規定，NTU與SS固體換算系數k1推薦取值在0.7～2.2之間，應經過實測確定。該處為便于簡化分析，近似k1取上述區間中值，即1.45取值，得到換算后的建議PAC投加量，如表6所示。

可以看出，秦嶺馬白山3處污水處理站SS濃度為330～546 mg/L區間，PAC的投加量為7.853～8.783 kg/100 m3，與廢水處理手冊建議投加量基本吻合。

2.3.2 中和劑指標分析

根據酸堿中和基本原理及草酸電離的基本特性，當施工廢水pH值為11時，在完全中和的條件下，中和劑草酸單位水量理論消耗量約為9.16 kg/100 m3。對比秦嶺馬白山3處污水處理站草酸投放量14.706～14.810 kg/100 m3，現場實測值較理論值明顯偏高，主要原因是草酸的用量對投藥時機、出水水量、水溫等諸多因素十分敏感，同時也說明施工現場還有進一步優化的空間。

3 結及建議

3.1 結語

該文基于現行鐵路隧道施工規范、污水綜合排放標準和造價體系，按污水處理站在設計涌水量的運行狀態建立模型，通過分析西十高鐵等鐵路項目隧道污水處理站運行維護數據，研究得出隧道污水處理站運營維護費用指標，該費用指標未考慮涌水異常、故障維護、工序干擾、停工等待等不利施工條件或特殊環保要求帶來的影響因素。

3.2 建議

（1）隧道施工廢水中主要污染物為SS超標，部分情況下pH值呈弱堿性，其余COD、氨氮、石油類為非主要污染物，應針對性選擇處理工藝以節約投資。

（2）污水處理站運營維護費用占隧道污水處理費用比重較大，建議加強隧道清污分流措施，從源頭上減少隧道涌水量，并在污水沉淀池及混合反應池規模設計時適當留有富余，并選擇合適的工藝組合，以節省藥劑投放量。

（3）考慮設計處理水量與實際處理水量往往存在較大差異，建議設計階段污水處理費用根據設計預估的處理水量和處理方式納入項目總投資，并在實施階段結合合同有關條款，根據實際處理水量對相關費用納入動態清理。

參考文獻

[1]李蒼松，李強，史永躍，等. 關于川藏鐵路隧道施工地下水環境保護的認識和建議[J]. 現代隧道技術， 2019（S1）： 24-33.

[2]胡發宗. 鐵路隧道污水處理站規模研究[J]. 隧道建設（中英文）， 2020（S1）： 254-257.

[3]劉飛. 鐵路隧道施工期廢水處理站設置原則及規模探討[J]. 環境科技， 2023（1）： 39-43.

[4]高桂梅. 聚合氯化鋁（PAC）的絮凝作用在污水處理中的應用研究[J]. 廣州化工， 2016（5）： 129-130+151.