铁路站车垃圾管道气力输送系统运营成本分析

李 鹏

（中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京 100081）

0 引言

垃圾管道气力输送系统是一种新型、绿色、高效的垃圾运输方式[1-2]，已逐步应用于铁路、医院、商业等场所[1]。其工作原理是利用负压高速气流将垃圾通过全封闭的地下管道自动输送至中央收集站，垃圾经过气固分离器后落入压实机，再由压实机压缩后储存至集装箱内，集装箱满后由环卫车辆外运，管道内的气体经除尘除臭设备处理达标后排放。在铁路车站引入垃圾管道气力输送系统，从根本上解决了传统人工运送垃圾造成的二次污染、运转效率低、妨碍站内交通等问题[3]，同时降低了垃圾中某些病原微生物对人员的危害，提升了旅客满意度，为旅客和车站工作人员创造了良好的出行和工作环境[4]。

国内铁路站车传统的垃圾收集方式主要为人工清运，人工清运垃圾的运输成本占垃圾处置总费用的48%~75%[5-6]，NABAVI-PELESARAEI A 等[7]的研究表明，垃圾运输环节总能耗超过垃圾处理全链条的1/2。虽然垃圾密闭式气力输送系统一次性投资大、技术要求较高[8]，但随着经济社会发展和旅客对出行质量需求的提高，垃圾气力输送方式已经受到各行业的重视。以某高铁站为例，调研垃圾气力输送系统实际运营中的人工投入、电能消耗和垃圾转运方式，综合分析人工费、运行电费和垃圾转运费，并与车站传统垃圾输运方式进行比较分析，为后续垃圾气力输送系统的设计和推广应用提供支撑。

1 系统设置及运营现状

1.1 系统设置

该高铁站垃圾气力输送系统主要由投放口、输送管道、换向阀、气固分离器、压实机、集装箱、气力风机、除臭设备、相关阀门配件及控制系统组成[9]。垃圾气力输送系统布置如图1 所示，系统最远管路为从候车室投放口至中央收集站的管路，输送管道长约1 200 m，候车室投放口投放垃圾时，工作风机为3台，备用1台；站台、综合楼投放口距中央收集站管路较短，约800 m，投放垃圾时工作风机为2台，备用2台。

图1 某高铁站垃圾气力输送系统布置

（1）投放口设置。垃圾管道气力输送系统投放口主要集中设置于站台、候车室、综合楼和中央收集站。系统共设10 个垃圾投放口，其中站台、候车室各设4 个投放口，综合楼和中央收集站各设1 个投放口，每个投放口各自对应设置1个补气口。

（2）中央收集站设置。垃圾气力输送系统中央收集站内共设4 台气力风机，风机风量为2 700 m3/h、功率为100 kW/台；设2 套气固分离器、2套压实机、3 套集装箱(2 用 1 备)，集装箱可储存垃圾量为12 t/箱，压实机功率为5.5 kW/套；设1 套除臭设备，功率为3.5 kW/套；设1台起重机，功率2.2 kW/台，额定起重量20 t，起升高度18 m。

1.2 系统运行原理

垃圾气力输送系统主要进行垃圾的输送、分离和收集，基本原理如图2 所示。用户将垃圾投入投放口中，控制系统发出指令启动气力风机，系统内产生负压高速气流，通过预先敷设在地下的密闭式气力输送管道，将垃圾输送至中央收集站，经过气固分离器后进入压实机，垃圾经压缩后储存至集装箱内，最终外运，管道内气体经除尘除臭设备处理达标后排放。

图2 垃圾气力输送系统工作原理

1.3 系统运营现状

垃圾管道气力输送系统主要为车站保洁人员使用，主要包括候车室、站台和综合楼内垃圾的清理、运输和投放，以及设备的操作使用，工作方式为2班制，工作时长为8 h/班。车站每天产生垃圾1.0 t 以上，候车室垃圾与投放口距离较近，保洁人员可直接刷卡启动系统，将垃圾就近投入投放口；站台和综合楼垃圾与投放口距离较远，保洁人员先将垃圾收集至容量为660 L 的垃圾车内，然后将垃圾车推运至站台末端的垃圾投放口，刷卡启动系统后将垃圾投入投放口。投放口内的垃圾经输送管道输送至中央收集站的集装箱内，集装箱内垃圾装满后由环卫车辆转运。该系统正常运行时产生的费用主要为人工费、电费和环卫车辆垃圾转运费。

2 垃圾气力输送系统运营费用分析

2.1 运营人员费用分析

传统铁路车站候车室和站台的垃圾依靠人力清运，垃圾清运人员较多、工作效率低、运送距离较远、影响站内环境卫生[10-11]。调研的高铁站在设置垃圾气力输送系统前，车站垃圾主要依靠人力清运，系统投入运行前后垃圾清运人员数量、劳动强度情况如表1所示。

表1 垃圾清运人员数量、劳动强度比较

对比分析可知，传统人工清运垃圾方式，需至少配置垃圾清运人员16 人，设置垃圾气力输送系统后，仅需8 人即可，工作方式均为2 班制，时长8 h/d。设置垃圾气力输送系统后可节省垃圾清运人员8 人，与传统的垃圾清运方式相比，降低了人员劳动强度，也减少了对站内环境的影响。以该高铁站设置垃圾气力输送系统前垃圾清运人员工资6 000 元/月估算，设置垃圾气力输送系统后，每年可以节省57.6 万元人工费用。

2.2 设备运行耗电量分析

垃圾管道气力输送系统用电设备有气力风机、除臭设备、压实设备和控制系统，其主要耗电量为4 台气力风机，其余设备耗电量小，此次研究仅统计气力风机耗电量。该高铁站自垃圾气力输送系统投入运行以来，统计了2021年6月至11月风机功率及垃圾产生量的关系，如图3所示。

图3 垃圾气力输送系统风机功率与垃圾产生量关系

正常启动时，使用候车室投放口，系统开启3 台风机，分别为风机1、风机2和风机3；使用其余投放口，系统开启2台风机，分别为风机1和风机2；风机4为备用风机。由图3可知，风机3的功率较风机1和风机2 的功率低，风机总功率随着垃圾产生量的变化而变化。统计期间，月度风机总功率在7 300~7 900 kW∙h 间，10 月风机总功率为9 977 kW∙h，较其他月份高约2 000 kW∙h，主要原因在于10月国庆期间旅客出行较多使垃圾量增加。经统计，6—11 月总耗电量为47 950 kW∙h，折算为年系统总耗电量约为95 900 kW∙h，电费按1.0元/(kW∙h)计，则每年垃圾气力输送系统所需电费为9.59万元。

2.3 垃圾转运费用分析

传统铁路车站垃圾主要依靠人力清运，所有垃圾经人工运送至指定地点后，由垃圾消纳公司安排车辆定期清运。调研的高铁站在垃圾气力输送系统正式投入运行前，所有垃圾均依靠人力清运，垃圾消纳费用2 000元/车，每月15车左右，计算每年垃圾消纳费用约36万元。垃圾气力输送系统正式投入运行后，所有垃圾经密闭式气力管道输送至中央收集站，垃圾经压实并装满集装箱后，由环卫车辆定期转运，统计2021年6月至11月数据，垃圾转运次数与垃圾产生量关系如图4所示。

图4 垃圾转运次数与垃圾产生量关系

由图4 可知，垃圾气力输送系统的垃圾转运次数与垃圾产生量相关，由于10 月国庆期间垃圾量骤增，环卫车辆转运次数增加至8 次，其余月份在4~6 次左右，6个月需转运垃圾约30次。环卫车辆垃圾转运费用为3 500 元/次，经计算，每年环卫车辆转运垃圾的费用为21万元。可知，设置垃圾气力输送系统后，年垃圾消纳总费用较传统人工清运方式可减少15 万元左右。

3 结论

综上所述，调研某高铁站垃圾气力输送系统实际运营中的人工投入、电能消耗和垃圾转运，综合分析人工费、运行电费和垃圾转运费，并与车站传统垃圾输运方式进行比较，得出结论如下。

（1）设置垃圾气力输送系统后，该高铁站可减少垃圾清运人员8 人，节省年人工费57.6 万元；系统每年耗电量约95 900 kW∙h，电费按1.0 元/(kW∙h)计，年电费约9.59万元；年垃圾消纳费用较传统车站人工清运方式可减少15万元左右，合计每年可节省垃圾运营费用约63.01万元。

（2）设置垃圾气力输送系统后，不仅可以降低垃圾清运人员劳动强度、提高垃圾清运效率，垃圾输送距离也明显缩短，同时减少了垃圾中某些病原微生物对人体的危害。对车站而言，提高了工作效率，避免了传统人工运送垃圾占用旅客电梯和通道的情况，为旅客和车站人员创造了良好的出行和工作环境。

（3）垃圾气力输送系统可以实现垃圾的分类集中收集，有利于垃圾资源化。按照用户投放方式和垃圾分类要求，分类后的垃圾经气力输送系统输送至不同的集装箱内，可实现垃圾分类投放、分类收集、分类装箱和分类运输，避免后期垃圾分拣工作，为垃圾资源化或回收利用提供便利。

（4）垃圾气力输送系统是一种新型的垃圾收集方式，但该系统组成复杂，一次性投资较大，国内对该系统的应用尚处于起步阶段。建议在后续的研究中，借助试验和数据仿真工具，进一步针对垃圾输送系统机理优化工艺参数、提高垃圾输送效率、降低建设资金投入。