關(guān)于鐵路隧道污水處理站運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用的研究

張衍

摘要 在環(huán)保要求下，鐵路隧道需設(shè)置污水處理站對施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理，達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)或滿足環(huán)保要求后方可排放。污水處理費(fèi)用除包括大型臨時(shí)工程有關(guān)土建和設(shè)備費(fèi)用外，還包含工程建設(shè)期隧道污水處理站運(yùn)行時(shí)發(fā)生的人工、材料、機(jī)械動(dòng)力消耗等運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。文章在現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過分析西十高鐵等鐵路項(xiàng)目隧道污水處理站運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)，對污水處理站材料及運(yùn)維相關(guān)消耗展開研究，并分析相關(guān)費(fèi)用指標(biāo)，為相關(guān)的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)或定額子目提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 環(huán)保要求；鐵路隧道；污水處理站；運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用研究

中圖分類號(hào) TU-9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）08-0173-04

0 引言

近年來，隨著綠色環(huán)保施工理念深入人心，鐵路隧道施工時(shí)產(chǎn)生的施工廢水也日益引起重視。根據(jù)我國環(huán)保要求，施工廢水需經(jīng)處理達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)或滿足環(huán)保要求后方可排放[1]。鐵路概預(yù)算編制辦法規(guī)定，根據(jù)特殊環(huán)保要求必須設(shè)置的隧道污水處理站屬于大臨工程。隧道污水處理站費(fèi)用內(nèi)容[2]除包含租地、青苗補(bǔ)償、拆遷補(bǔ)償、復(fù)墾及其他所有與土地有關(guān)的費(fèi)用、土建工程及設(shè)備安拆費(fèi)用、折舊費(fèi)用外，還包括工程建設(shè)期隧道污水處理站運(yùn)行時(shí)發(fā)生的人工、材料、機(jī)械動(dòng)力消耗等運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。

在設(shè)計(jì)階段，隧道污水處理站的設(shè)計(jì)方案、圖紙、工程數(shù)量等可根據(jù)《中國鐵路總公司工程管理中心關(guān)于印發(fā)〈鐵路隧道工程施工期生產(chǎn)廢水處理技術(shù)管理手冊〉的通知》（工管工調(diào)函〔2018〕149號(hào)）（以下簡稱“廢水處理手冊”）等相關(guān)規(guī)范開展設(shè)計(jì)，相應(yīng)的土建和設(shè)備相關(guān)費(fèi)用可明確計(jì)算[3]。但現(xiàn)行鐵路造價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中尚缺少污水處理站運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或定額子目，相關(guān)費(fèi)用多依靠經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行估算，對鐵路隧道污水處理站運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。一般來說，隧道施工廢水主要來源于隧道穿越不良地質(zhì)單元時(shí)產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)會(huì)有較大的差異，相同的隧道不同施工段落的水質(zhì)也會(huì)因?yàn)槭┕げ牧霞肮し?、涌水量的變化等因素呈現(xiàn)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(gè)鐵路項(xiàng)目隧道的施工廢水及處理工藝數(shù)據(jù)，如表1所示。

可以看出，各鐵路項(xiàng)目隧道施工廢水污染物均以懸浮物（SS）超標(biāo)為主，部分工點(diǎn)pH值超標(biāo)。各工點(diǎn)施工廢水化學(xué)需氧量（COD）及氨氮等污染物均未出現(xiàn)長期超標(biāo)現(xiàn)象，不是隧道污水的主要污染物。

各工點(diǎn)污水懸浮物處理使用的混凝劑主要為無機(jī)混凝劑聚合氯化鋁PAC[4]、有機(jī)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(jī)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(yōu)點(diǎn)，是各工點(diǎn)廢水處理主要的無機(jī)混凝劑。PAM一種重要的有機(jī)高分子混凝劑，具有良好的水溶性、優(yōu)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(diǎn)，總結(jié)各工點(diǎn)污水處理的流程圖如圖1所示。核心工藝如下：

（1）預(yù)沉淀。隧道施工生產(chǎn)廢水經(jīng)預(yù)沉池進(jìn)行初步沉沙，初沉池中最佳停留時(shí)間一般為45～90 min。預(yù)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(yù)沉淀后，廢水自流進(jìn)入隔板反應(yīng)池，由投藥設(shè)備加酸性中和劑、混凝劑等進(jìn)行酸堿中和及混凝反應(yīng)?；炷恋硎菑U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(chǎn)物壓縮膠體顆粒的擴(kuò)散層，使得膠粒脫穩(wěn)相互聚結(jié)；或通過混凝水解和縮聚反應(yīng)形成的高聚物強(qiáng)烈吸附架橋作用，使得膠粒吸附黏結(jié)。中和是針對廢水pH值呈弱堿性的處理工藝。

（3）沉淀。廢水經(jīng)反應(yīng)池流入調(diào)節(jié)沉淀池進(jìn)行沉淀，經(jīng)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(jīng)濾罐進(jìn)行過濾處理，過濾掉細(xì)小懸浮物。

（5）回用或排放。廢水經(jīng)過濾設(shè)備后，懸浮顆粒及雜質(zhì)基本去除，出水水質(zhì)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(biāo)污染物，各工點(diǎn)均未針對石油類污染物采用氣浮工藝，這一現(xiàn)象與薛正、茹旭[6-8]等國內(nèi)學(xué)者的研究結(jié)論相符。

2 污水處理運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用研究

2.1 運(yùn)營維護(hù)消耗

隧道施工污水處理站運(yùn)營、維護(hù)的工作內(nèi)容為構(gòu)筑物管理和設(shè)備管理兩部分，具體包括定期清理維護(hù)進(jìn)水格柵板、反應(yīng)池與調(diào)節(jié)沉淀池等各類構(gòu)筑物，定期清理刮泥機(jī)、過濾等設(shè)備，投藥量計(jì)算和調(diào)節(jié)等投藥設(shè)備管理等。

根據(jù)施工廢水的處理工藝分析，運(yùn)營維護(hù)的費(fèi)用由材料（混凝劑、酸性中和劑）、運(yùn)維（人工、電量）兩部分消耗組成。該文對西十高鐵項(xiàng)目等隧道污水處理站工點(diǎn)正常運(yùn)行狀態(tài)下的各項(xiàng)資源消耗參數(shù)進(jìn)行如實(shí)記錄，并采用回歸分析的基本原理對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理分析，得到各工點(diǎn)處理單位水量（100 m3）消耗數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)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(shè)備功率與處理能力呈正相關(guān)，而污水處理能力是污水水量的直接體現(xiàn)，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(xiàn)場數(shù)據(jù)可以看出，運(yùn)維人工及電量消耗與處理水量、設(shè)備額定功率等參數(shù)密切相關(guān)，運(yùn)維人工及電量消耗與污水處理站的設(shè)計(jì)處理能力呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性。而受現(xiàn)場人員操作水平、來水量大小、來水速度、處理設(shè)備差異等諸多因素影響，懸浮物濃度與現(xiàn)場藥劑的使用消耗無明顯的線性關(guān)系。

2.2 運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用指標(biāo)

按2017版鐵路定額編制原則，大臨工程人工工日基期單價(jià)取66元/工日，電基價(jià)取0.47元/kW·h，補(bǔ)充藥劑材料出廠單價(jià)及規(guī)格型號(hào)如表3所示，施工措施費(fèi)按1區(qū)計(jì)取，間接費(fèi)按隧道工程間接費(fèi)費(fèi)率的0.8考慮，稅金按9%計(jì)取。測定運(yùn)維人工、電量的費(fèi)用指標(biāo)如表4所示，混凝劑和中和劑材料處理單位水量（100 m3）的費(fèi)用指標(biāo)如表5所示。

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

2.3 費(fèi)用指標(biāo)分析

2.3.1 混凝劑指標(biāo)分析

廢水處理手冊根據(jù)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(biāo)，但二者含義不同，根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50013—

2018）規(guī)定，NTU與SS固體換算系數(shù)k1推薦取值在0.7～2.2之間，應(yīng)經(jīng)過實(shí)測確定。該處為便于簡化分析，近似k1取上述區(qū)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(qū)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(biāo)分析

根據(jù)酸堿中和基本原理及草酸電離的基本特性，當(dāng)施工廢水pH值為11時(shí)，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(xiàn)場實(shí)測值較理論值明顯偏高，主要原因是草酸的用量對投藥時(shí)機(jī)、出水水量、水溫等諸多因素十分敏感，同時(shí)也說明施工現(xiàn)場還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

3 結(jié)及建議

3.1 結(jié)語

該文基于現(xiàn)行鐵路隧道施工規(guī)范、污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)和造價(jià)體系，按污水處理站在設(shè)計(jì)涌水量的運(yùn)行狀態(tài)建立模型，通過分析西十高鐵等鐵路項(xiàng)目隧道污水處理站運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)，研究得出隧道污水處理站運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用指標(biāo)，該費(fèi)用指標(biāo)未考慮涌水異常、故障維護(hù)、工序干擾、停工等待等不利施工條件或特殊環(huán)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(biāo)，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(yīng)針對性選擇處理工藝以節(jié)約投資。

（2）污水處理站運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用占隧道污水處理費(fèi)用比重較大，建議加強(qiáng)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(yīng)池規(guī)模設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)留有富余，并選擇合適的工藝組合，以節(jié)省藥劑投放量。

（3）考慮設(shè)計(jì)處理水量與實(shí)際處理水量往往存在較大差異，建議設(shè)計(jì)階段污水處理費(fèi)用根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)估的處理水量和處理方式納入項(xiàng)目總投資，并在實(shí)施階段結(jié)合合同有關(guān)條款，根據(jù)實(shí)際處理水量對相關(guān)費(fèi)用納入動(dòng)態(tài)清理。

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