关于铁路隧道污水处理站运营维护费用的研究

2024-06-14张衍

交通科技与管理 2024年8期

张衍

摘要在环保要求下，铁路隧道需设置污水处理站对施工时会产生的废水进行处理，达到相应的排放标准或满足环保要求后方可排放。污水处理费用除包括大型临时工程有关土建和设备费用外，还包含工程建设期隧道污水处理站运行时发生的人工、材料、机械动力消耗等运营维护费用。文章在现行设计规范的基础上，通过分析西十高铁等铁路项目隧道污水处理站运行维护数据，对污水处理站材料及运维相关消耗展开研究，并分析相关费用指标，为相关的费用标准或定额子目提供一定的参考。

关键词环保要求；铁路隧道；污水处理站；运营维护费用研究

中图分类号 TU-9文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）08-0173-04

0 引言

近年来，随着绿色环保施工理念深入人心，铁路隧道施工时产生的施工废水也日益引起重视。根据我国环保要求，施工废水需经处理达到相应的排放标准或满足环保要求后方可排放[1]。铁路概预算编制办法规定，根据特殊环保要求必须设置的隧道污水处理站属于大临工程。隧道污水处理站费用内容[2]除包含租地、青苗补偿、拆迁补偿、复垦及其他所有与土地有关的费用、土建工程及设备安拆费用、折旧费用外，还包括工程建设期隧道污水处理站运行时发生的人工、材料、机械动力消耗等运营维护费用。

在设计阶段，隧道污水处理站的设计方案、图纸、工程数量等可根据《中国铁路总公司工程管理中心关于印发〈铁路隧道工程施工期生产废水处理技术管理手册〉的通知》（工管工调函〔2018〕149号）（以下简称“废水处理手册”）等相关规范开展设计，相应的土建和设备相关费用可明确计算[3]。但现行铁路造价标准中尚缺少污水处理站运营维护费用的相关标准或定额子目，相关费用多依靠经验指标进行估算，对铁路隧道污水处理站运营维护费用标准展开研究非常有必要。

1 污水特征及处理工艺

施工废水的污染物特征决定了废水的处理工艺，从而决定了废水的处理成本，即污水处理站的运营维护费用。一般来说，隧道施工废水主要来源于隧道穿越不良地质单元时产生的涌水、施工面钻孔废水、爆破后降尘废水、喷射混凝土和注浆产生的废水，以及被污染的基岩裂隙水、岩溶水等。不同隧道因地层岩性的差异水质会有较大的差异，相同的隧道不同施工段落的水质也会因为施工材料及工法、涌水量的变化等因素呈现较大的差异。该文选取沈白铁路、西十高铁、集大原铁路等多个铁路项目隧道的施工废水及处理工艺数据，如表1所示。

可以看出，各铁路项目隧道施工废水污染物均以悬浮物（SS）超标为主，部分工点pH值超标。各工点施工废水化学需氧量（COD）及氨氮等污染物均未出现长期超标现象，不是隧道污水的主要污染物。

各工点污水悬浮物处理使用的混凝剂主要为无机混凝剂聚合氯化铝PAC[4]、有机混凝剂聚丙烯酰胺PAM[5]，使用的酸性中和剂主要为草酸。其中，PAC是一种高性能无机高分子混凝剂，具有混凝效果好、适用范围广、有效成分高、药剂用量少、成本低、脱水性能好、腐蚀性小等优点，是各工点废水处理主要的无机混凝剂。PAM一种重要的有机高分子混凝剂，具有良好的水溶性、优良的絮凝性能和吸附性能，通过架桥作用可以加速悬浮液中粒子的沉降，作为助凝剂使用。

针对隧道施工废水特点，总结各工点污水处理的流程图如图1所示。核心工艺如下：

（1）预沉淀。隧道施工生产废水经预沉池进行初步沉沙，初沉池中最佳停留时间一般为45～90 min。预沉淀利用废水自然沉降性能，将悬浮于废水中的可沉淀固体悬浮物沉淀下来，可减少混凝剂投加量。

（2）混凝及中和。预沉淀后，废水自流进入隔板反应池，由投药设备加酸性中和剂、混凝剂等进行酸碱中和及混凝反应。混凝沉淀是废水处理最常用的方法之一，通过向水体投加混凝剂和助凝剂等药剂，混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，使得胶粒脱稳相互聚结；或通过混凝水解和缩聚反应形成的高聚物强烈吸附架桥作用，使得胶粒吸附黏结。中和是针对废水pH值呈弱碱性的处理工艺。

（3）沉淀。废水经反应池流入调节沉淀池进行沉淀，经充分沉淀后去除大部分悬浮颗粒及絮凝物。

（4）过滤。沉淀池中的上清液经滤罐进行过滤处理，过滤掉细小悬浮物。

（5）回用或排放。废水经过滤设备后，悬浮颗粒及杂质基本去除，出水水质满足排放或回用要求。

另外，氨氮及石油类污染物不是隧道施工废水的长期超标污染物，各工点均未针对石油类污染物采用气浮工艺，这一现象与薛正、茹旭[6-8]等国内学者的研究结论相符。

2 污水处理运营维护费用研究

2.1 运营维护消耗

隧道施工污水处理站运营、维护的工作内容为构筑物管理和设备管理两部分，具体包括定期清理维护进水格栅板、反应池与调节沉淀池等各类构筑物，定期清理刮泥机、过滤等设备，投药量计算和调节等投药设备管理等。

根据施工废水的处理工艺分析，运营维护的费用由材料（混凝剂、酸性中和剂）、运维（人工、电量）两部分消耗组成。该文对西十高铁项目等隧道污水处理站工点正常运行状态下的各项资源消耗参数进行如实记录，并采用回归分析的基本原理对统计数据进行数理分析，得到各工点处理单位水量（100 m3）消耗数据如表2所示。

根据现场调研结果，不同污水处理能力的污水处理站人员配置基本一致，污水处理设备功率与处理能力呈正相关，而污水处理能力是污水水量的直接体现，即来水量的大小对单位水量下人工和电量的消耗具有较大影响。从现场数据可以看出，运维人工及电量消耗与处理水量、设备额定功率等参数密切相关，运维人工及电量消耗与污水处理站的设计处理能力呈较强的负相关性。而受现场人员操作水平、来水量大小、来水速度、处理设备差异等诸多因素影响，悬浮物浓度与现场药剂的使用消耗无明显的线性关系。

2.2 运营维护费用指标

按2017版铁路定额编制原则，大临工程人工工日基期单价取66元/工日，电基价取0.47元/kW·h，补充药剂材料出厂单价及规格型号如表3所示，施工措施费按1区计取，间接费按隧道工程间接费费率的0.8考虑，税金按9%计取。测定运维人工、电量的费用指标如表4所示，混凝剂和中和剂材料处理单位水量（100 m3）的费用指标如表5所示。

综合上述运维人工及用电费用指标、材料费用指标，在施工废水pH值未超标的情况下，常规采用沉淀和混凝工艺的隧道污水处理站，运维费用指标约为56.8～97.4元/100 m3，且费用指标值随污水处理站处理能力的增强而降低。对于施工废水pH值超标（pH值约等于11的情况）需采用中和工艺的情况，中和剂费用指标约为113元/100 m3。

2.3 费用指标分析

2.3.1 混凝剂指标分析

废水处理手册根据隧道施工废水浊度大小，对PAC的投加量按浊度（NTU）给出了建议值。浊度（NTU）与悬浮物浓度（SS）都是反映水中粗分散颗粒的指标，但二者含义不同，根据《室外给水设计标准》（GB50013—

2018）规定，NTU与SS固体换算系数k1推荐取值在0.7～2.2之间，应经过实测确定。该处为便于简化分析，近似k1取上述区间中值，即1.45取值，得到换算后的建议PAC投加量，如表6所示。

可以看出，秦岭马白山3处污水处理站SS浓度为330～546 mg/L区间，PAC的投加量为7.853～8.783 kg/100 m3，与废水处理手册建议投加量基本吻合。

2.3.2 中和剂指标分析

根据酸碱中和基本原理及草酸电离的基本特性，当施工废水pH值为11时，在完全中和的条件下，中和剂草酸单位水量理论消耗量约为9.16 kg/100 m3。对比秦岭马白山3处污水处理站草酸投放量14.706～14.810 kg/100 m3，现场实测值较理论值明显偏高，主要原因是草酸的用量对投药时机、出水水量、水温等诸多因素十分敏感，同时也说明施工现场还有进一步优化的空间。

3 结及建议

3.1 结语

该文基于现行铁路隧道施工规范、污水综合排放标准和造价体系，按污水处理站在设计涌水量的运行状态建立模型，通过分析西十高铁等铁路项目隧道污水处理站运行维护数据，研究得出隧道污水处理站运营维护费用指标，该费用指标未考虑涌水异常、故障维护、工序干扰、停工等待等不利施工条件或特殊环保要求带来的影响因素。

3.2 建议

（1）隧道施工废水中主要污染物为SS超标，部分情况下pH值呈弱碱性，其余COD、氨氮、石油类为非主要污染物，应针对性选择处理工艺以节约投资。

（2）污水处理站运营维护费用占隧道污水处理费用比重较大，建议加强隧道清污分流措施，从源头上减少隧道涌水量，并在污水沉淀池及混合反应池规模设计时适当留有富余，并选择合适的工艺组合，以节省药剂投放量。

（3）考虑设计处理水量与实际处理水量往往存在较大差异，建议设计阶段污水处理费用根据设计预估的处理水量和处理方式纳入项目总投资，并在实施阶段结合合同有关条款，根据实际处理水量对相关费用纳入动态清理。

参考文献

[1]李苍松，李强，史永跃，等. 关于川藏铁路隧道施工地下水环境保护的认识和建议[J]. 现代隧道技术， 2019（S1）： 24-33.

[2]胡发宗. 铁路隧道污水处理站规模研究[J]. 隧道建设（中英文）， 2020（S1）： 254-257.

[3]刘飞. 铁路隧道施工期废水处理站设置原则及规模探讨[J]. 环境科技， 2023（1）： 39-43.

[4]高桂梅. 聚合氯化铝（PAC）的絮凝作用在污水处理中的应用研究[J]. 广州化工， 2016（5）： 129-130+151.