李 鵬

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081）

0 引言

垃圾管道氣力輸送系統(tǒng)是一種新型、綠色、高效的垃圾運(yùn)輸方式[1-2]，已逐步應(yīng)用于鐵路、醫(yī)院、商業(yè)等場(chǎng)所[1]。其工作原理是利用負(fù)壓高速氣流將垃圾通過(guò)全封閉的地下管道自動(dòng)輸送至中央收集站，垃圾經(jīng)過(guò)氣固分離器后落入壓實(shí)機(jī)，再由壓實(shí)機(jī)壓縮后儲(chǔ)存至集裝箱內(nèi)，集裝箱滿后由環(huán)衛(wèi)車輛外運(yùn)，管道內(nèi)的氣體經(jīng)除塵除臭設(shè)備處理達(dá)標(biāo)后排放。在鐵路車站引入垃圾管道氣力輸送系統(tǒng)，從根本上解決了傳統(tǒng)人工運(yùn)送垃圾造成的二次污染、運(yùn)轉(zhuǎn)效率低、妨礙站內(nèi)交通等問(wèn)題[3]，同時(shí)降低了垃圾中某些病原微生物對(duì)人員的危害，提升了旅客滿意度，為旅客和車站工作人員創(chuàng)造了良好的出行和工作環(huán)境[4]。

國(guó)內(nèi)鐵路站車傳統(tǒng)的垃圾收集方式主要為人工清運(yùn)，人工清運(yùn)垃圾的運(yùn)輸成本占垃圾處置總費(fèi)用的48%~75%[5-6]，NABAVI-PELESARAEI A 等[7]的研究表明，垃圾運(yùn)輸環(huán)節(jié)總能耗超過(guò)垃圾處理全鏈條的1/2。雖然垃圾密閉式氣力輸送系統(tǒng)一次性投資大、技術(shù)要求較高[8]，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和旅客對(duì)出行質(zhì)量需求的提高，垃圾氣力輸送方式已經(jīng)受到各行業(yè)的重視。以某高鐵站為例，調(diào)研垃圾氣力輸送系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的人工投入、電能消耗和垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)方式，綜合分析人工費(fèi)、運(yùn)行電費(fèi)和垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)，并與車站傳統(tǒng)垃圾輸運(yùn)方式進(jìn)行比較分析，為后續(xù)垃圾氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和推廣應(yīng)用提供支撐。

1 系統(tǒng)設(shè)置及運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)設(shè)置

該高鐵站垃圾氣力輸送系統(tǒng)主要由投放口、輸送管道、換向閥、氣固分離器、壓實(shí)機(jī)、集裝箱、氣力風(fēng)機(jī)、除臭設(shè)備、相關(guān)閥門配件及控制系統(tǒng)組成[9]。垃圾氣力輸送系統(tǒng)布置如圖1 所示，系統(tǒng)最遠(yuǎn)管路為從候車室投放口至中央收集站的管路，輸送管道長(zhǎng)約1 200 m，候車室投放口投放垃圾時(shí)，工作風(fēng)機(jī)為3臺(tái)，備用1臺(tái)；站臺(tái)、綜合樓投放口距中央收集站管路較短，約800 m，投放垃圾時(shí)工作風(fēng)機(jī)為2臺(tái)，備用2臺(tái)。

圖1 某高鐵站垃圾氣力輸送系統(tǒng)布置

（1）投放口設(shè)置。垃圾管道氣力輸送系統(tǒng)投放口主要集中設(shè)置于站臺(tái)、候車室、綜合樓和中央收集站。系統(tǒng)共設(shè)10 個(gè)垃圾投放口，其中站臺(tái)、候車室各設(shè)4 個(gè)投放口，綜合樓和中央收集站各設(shè)1 個(gè)投放口，每個(gè)投放口各自對(duì)應(yīng)設(shè)置1個(gè)補(bǔ)氣口。

（2）中央收集站設(shè)置。垃圾氣力輸送系統(tǒng)中央收集站內(nèi)共設(shè)4 臺(tái)氣力風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為2 700 m3/h、功率為100 kW/臺(tái)；設(shè)2 套氣固分離器、2套壓實(shí)機(jī)、3 套集裝箱(2 用 1 備)，集裝箱可儲(chǔ)存垃圾量為12 t/箱，壓實(shí)機(jī)功率為5.5 kW/套；設(shè)1 套除臭設(shè)備，功率為3.5 kW/套；設(shè)1臺(tái)起重機(jī)，功率2.2 kW/臺(tái)，額定起重量20 t，起升高度18 m。

1.2 系統(tǒng)運(yùn)行原理

垃圾氣力輸送系統(tǒng)主要進(jìn)行垃圾的輸送、分離和收集，基本原理如圖2 所示。用戶將垃圾投入投放口中，控制系統(tǒng)發(fā)出指令啟動(dòng)氣力風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓高速氣流，通過(guò)預(yù)先敷設(shè)在地下的密閉式氣力輸送管道，將垃圾輸送至中央收集站，經(jīng)過(guò)氣固分離器后進(jìn)入壓實(shí)機(jī)，垃圾經(jīng)壓縮后儲(chǔ)存至集裝箱內(nèi)，最終外運(yùn)，管道內(nèi)氣體經(jīng)除塵除臭設(shè)備處理達(dá)標(biāo)后排放。

圖2 垃圾氣力輸送系統(tǒng)工作原理

1.3 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

垃圾管道氣力輸送系統(tǒng)主要為車站保潔人員使用，主要包括候車室、站臺(tái)和綜合樓內(nèi)垃圾的清理、運(yùn)輸和投放，以及設(shè)備的操作使用，工作方式為2班制，工作時(shí)長(zhǎng)為8 h/班。車站每天產(chǎn)生垃圾1.0 t 以上，候車室垃圾與投放口距離較近，保潔人員可直接刷卡啟動(dòng)系統(tǒng)，將垃圾就近投入投放口；站臺(tái)和綜合樓垃圾與投放口距離較遠(yuǎn)，保潔人員先將垃圾收集至容量為660 L 的垃圾車內(nèi)，然后將垃圾車推運(yùn)至站臺(tái)末端的垃圾投放口，刷卡啟動(dòng)系統(tǒng)后將垃圾投入投放口。投放口內(nèi)的垃圾經(jīng)輸送管道輸送至中央收集站的集裝箱內(nèi)，集裝箱內(nèi)垃圾裝滿后由環(huán)衛(wèi)車輛轉(zhuǎn)運(yùn)。該系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的費(fèi)用主要為人工費(fèi)、電費(fèi)和環(huán)衛(wèi)車輛垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)。

2 垃圾氣力輸送系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用分析

2.1 運(yùn)營(yíng)人員費(fèi)用分析

傳統(tǒng)鐵路車站候車室和站臺(tái)的垃圾依靠人力清運(yùn)，垃圾清運(yùn)人員較多、工作效率低、運(yùn)送距離較遠(yuǎn)、影響站內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生[10-11]。調(diào)研的高鐵站在設(shè)置垃圾氣力輸送系統(tǒng)前，車站垃圾主要依靠人力清運(yùn)，系統(tǒng)投入運(yùn)行前后垃圾清運(yùn)人員數(shù)量、勞動(dòng)強(qiáng)度情況如表1所示。

表1 垃圾清運(yùn)人員數(shù)量、勞動(dòng)強(qiáng)度比較

對(duì)比分析可知，傳統(tǒng)人工清運(yùn)垃圾方式，需至少配置垃圾清運(yùn)人員16 人，設(shè)置垃圾氣力輸送系統(tǒng)后，僅需8 人即可，工作方式均為2 班制，時(shí)長(zhǎng)8 h/d。設(shè)置垃圾氣力輸送系統(tǒng)后可節(jié)省垃圾清運(yùn)人員8 人，與傳統(tǒng)的垃圾清運(yùn)方式相比，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，也減少了對(duì)站內(nèi)環(huán)境的影響。以該高鐵站設(shè)置垃圾氣力輸送系統(tǒng)前垃圾清運(yùn)人員工資6 000 元/月估算，設(shè)置垃圾氣力輸送系統(tǒng)后，每年可以節(jié)省57.6 萬(wàn)元人工費(fèi)用。

2.2 設(shè)備運(yùn)行耗電量分析

垃圾管道氣力輸送系統(tǒng)用電設(shè)備有氣力風(fēng)機(jī)、除臭設(shè)備、壓實(shí)設(shè)備和控制系統(tǒng)，其主要耗電量為4 臺(tái)氣力風(fēng)機(jī)，其余設(shè)備耗電量小，此次研究?jī)H統(tǒng)計(jì)氣力風(fēng)機(jī)耗電量。該高鐵站自垃圾氣力輸送系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，統(tǒng)計(jì)了2021年6月至11月風(fēng)機(jī)功率及垃圾產(chǎn)生量的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 垃圾氣力輸送系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功率與垃圾產(chǎn)生量關(guān)系

正常啟動(dòng)時(shí)，使用候車室投放口，系統(tǒng)開啟3 臺(tái)風(fēng)機(jī)，分別為風(fēng)機(jī)1、風(fēng)機(jī)2和風(fēng)機(jī)3；使用其余投放口，系統(tǒng)開啟2臺(tái)風(fēng)機(jī)，分別為風(fēng)機(jī)1和風(fēng)機(jī)2；風(fēng)機(jī)4為備用風(fēng)機(jī)。由圖3可知，風(fēng)機(jī)3的功率較風(fēng)機(jī)1和風(fēng)機(jī)2 的功率低，風(fēng)機(jī)總功率隨著垃圾產(chǎn)生量的變化而變化。統(tǒng)計(jì)期間，月度風(fēng)機(jī)總功率在7 300~7 900 kW?h 間，10 月風(fēng)機(jī)總功率為9 977 kW?h，較其他月份高約2 000 kW?h，主要原因在于10月國(guó)慶期間旅客出行較多使垃圾量增加。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，6—11 月總耗電量為47 950 kW?h，折算為年系統(tǒng)總耗電量約為95 900 kW?h，電費(fèi)按1.0元/(kW?h)計(jì)，則每年垃圾氣力輸送系統(tǒng)所需電費(fèi)為9.59萬(wàn)元。

2.3 垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用分析

傳統(tǒng)鐵路車站垃圾主要依靠人力清運(yùn)，所有垃圾經(jīng)人工運(yùn)送至指定地點(diǎn)后，由垃圾消納公司安排車輛定期清運(yùn)。調(diào)研的高鐵站在垃圾氣力輸送系統(tǒng)正式投入運(yùn)行前，所有垃圾均依靠人力清運(yùn)，垃圾消納費(fèi)用2 000元/車，每月15車左右，計(jì)算每年垃圾消納費(fèi)用約36萬(wàn)元。垃圾氣力輸送系統(tǒng)正式投入運(yùn)行后，所有垃圾經(jīng)密閉式氣力管道輸送至中央收集站，垃圾經(jīng)壓實(shí)并裝滿集裝箱后，由環(huán)衛(wèi)車輛定期轉(zhuǎn)運(yùn)，統(tǒng)計(jì)2021年6月至11月數(shù)據(jù)，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)與垃圾產(chǎn)生量關(guān)系如圖4所示。

圖4 垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)與垃圾產(chǎn)生量關(guān)系

由圖4 可知，垃圾氣力輸送系統(tǒng)的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)與垃圾產(chǎn)生量相關(guān)，由于10 月國(guó)慶期間垃圾量驟增，環(huán)衛(wèi)車輛轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)增加至8 次，其余月份在4~6 次左右，6個(gè)月需轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾約30次。環(huán)衛(wèi)車輛垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用為3 500 元/次，經(jīng)計(jì)算，每年環(huán)衛(wèi)車輛轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾的費(fèi)用為21萬(wàn)元?？芍O(shè)置垃圾氣力輸送系統(tǒng)后，年垃圾消納總費(fèi)用較傳統(tǒng)人工清運(yùn)方式可減少15 萬(wàn)元左右。

3 結(jié)論

綜上所述，調(diào)研某高鐵站垃圾氣力輸送系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的人工投入、電能消耗和垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)，綜合分析人工費(fèi)、運(yùn)行電費(fèi)和垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)，并與車站傳統(tǒng)垃圾輸運(yùn)方式進(jìn)行比較，得出結(jié)論如下。

（1）設(shè)置垃圾氣力輸送系統(tǒng)后，該高鐵站可減少垃圾清運(yùn)人員8 人，節(jié)省年人工費(fèi)57.6 萬(wàn)元；系統(tǒng)每年耗電量約95 900 kW?h，電費(fèi)按1.0 元/(kW?h)計(jì)，年電費(fèi)約9.59萬(wàn)元；年垃圾消納費(fèi)用較傳統(tǒng)車站人工清運(yùn)方式可減少15萬(wàn)元左右，合計(jì)每年可節(jié)省垃圾運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約63.01萬(wàn)元。

（2）設(shè)置垃圾氣力輸送系統(tǒng)后，不僅可以降低垃圾清運(yùn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高垃圾清運(yùn)效率，垃圾輸送距離也明顯縮短，同時(shí)減少了垃圾中某些病原微生物對(duì)人體的危害。對(duì)車站而言，提高了工作效率，避免了傳統(tǒng)人工運(yùn)送垃圾占用旅客電梯和通道的情況，為旅客和車站人員創(chuàng)造了良好的出行和工作環(huán)境。

（3）垃圾氣力輸送系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)垃圾的分類集中收集，有利于垃圾資源化。按照用戶投放方式和垃圾分類要求，分類后的垃圾經(jīng)氣力輸送系統(tǒng)輸送至不同的集裝箱內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)垃圾分類投放、分類收集、分類裝箱和分類運(yùn)輸，避免后期垃圾分揀工作，為垃圾資源化或回收利用提供便利。

（4）垃圾氣力輸送系統(tǒng)是一種新型的垃圾收集方式，但該系統(tǒng)組成復(fù)雜，一次性投資較大，國(guó)內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用尚處于起步階段。建議在后續(xù)的研究中，借助試驗(yàn)和數(shù)據(jù)仿真工具，進(jìn)一步針對(duì)垃圾輸送系統(tǒng)機(jī)理優(yōu)化工藝參數(shù)、提高垃圾輸送效率、降低建設(shè)資金投入。