列车集便器污水水质分析研究

陈为民，郑莹雪

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251;2.天津工业大学，天津 300160)

列车集便器污水水质分析研究

陈为民1，郑莹雪2

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251;2.天津工业大学，天津 300160)

明确了列车集便器污水主要污染物浓度的影响因素，分别为列车类型、运行时间、运行时段、冲厕用水量、列车乘务员卫生维护习惯，并根据上述影响因素提出列车集便器污水主要污染物浓度的理论计算方法。通过与实际污水水样化验值对比，证明通过该方法计算所得到的列车集便器污水主要污染物浓度计算值与实际水样化验结果相近，并进一步确定了铁路旅客列车集便器污水COD、氨氮的浓度范围，解决了集便器污水处理工程设计原水水质主要污染物浓度难预测的问题。

列车集便器污水;污染物浓度;主要影响因素

过去我国铁路列车基本采用直排式厕所，严重污染了铁路沿线环境。近十年来，特别是2003年“非典”以后，普通列车加装(改装)集便器的工作取得了较快发展，动车组列车均采用密闭式厕所。旅客列车密闭式厕所的采用改变了直排式厕所粪便污水“即有即排”的分散排放方式，但随之而来的是大量高浓度粪便污水的处理处置问题，因此研究列车集便器粪便污水处理工艺和提出主要处理构筑物参数已经成为铁路给排水设计、铁路环保工作迫在眉睫的问题。虽然张继杰［1］等采用“厌氧折流板+移动生物床反应器+膜生物反应器工艺”对列车集便器污水进行了COD去除率的试验研究，王亮［2］、杨俊峰［3］、陈峰［4］等采用“ABR+SBR+厌氧氨氧化+SBR”组合工艺，重点对列车集便器污水高浓度氨氮通过SBR亚硝化作用去除、通过厌氧氨氧化工艺厌氧脱除等进行了试验研究，但由于列车集便器污水不仅具有高有机物浓度、高氨氮、高SS、低C/N值等特点，而且不同车型的列车集便器污水浓度范围变化大，当不同类型的列车汇集在动车段(所)或车辆段排泄污水时，确定汇合在一起的列车集便器污水主要水质指标浓度范围就成为制约集便污水处理工艺选择的关键因素。目前国内还没有统一的列车集便器污水各种污染物浓度的计算方法和污水水质参考范围，从而限制了相关的污水处理工艺的研究，因此明确旅客列车集便器污水水质特点和确定污染物指标浓度范围至关重要［5］。

1 研究内容及目标

本研究是针对我国铁路列车集便器污水处理工程设计中存在的原水水质主要污染物浓度范围不明确而提出的，主要通过收集国内外有关资料，结合国内现有密闭式厕所旅客列车集便器污水水质化验，提出列车集便器污水主要污染物浓度的计算方法，明确我国旅客列车集便器污水水质特点和主要水质污染物指标浓度范围，为铁路旅客列车集便器污水处理工艺研究和工程设计奠定基础。

2 列车集便器污水水质特征

2.1 粪便性能特征

粪便的成分与人的饮食习惯、摄取的食物类别以及地域等都有关系。按照水污染物的有关化验方法，粪便污染物主要可采用化学需氧量COD、五日生化需氧量BOD5、氨氮、总氮等指标表示。大便、小便的污染物性能参考值分别见表1、表2［6］。

表1 大便的性能特征参考值

表2 小便的性能特征参考值

2.2 列车粪便污水水量

2.2.1 粪便产生的频次和产生量

医疗部门做过种种调查，表3［6］表明通常成人每人每天排泄粪便100～180 g，尿1 000～1 500 mL。

表3 平均排泄量

日本也曾做过相关调查，表4［6］表明成人每天大便1次，小便4～6次;大小便总量1.5 L/人·d，0.22～0.30 L/人·次。

表4 日本某研究机构对便所使用状况的调查

2.2.2 旅客使用列车厕所的频次

关于旅客使用列车厕所的频次，部分铁路客运段统计资料表明旅客使用列车厕所的规律主要与旅客车厢环境、旅客列车运行时间以及列车是否经历早晨或傍晚的运行时段等因素有关。根据铁道部铁路旅客列车使用密闭式厕所及排污处理系统的研究结论，硬座列车人均每小时厕所使用次数采用0.25次(即平均每位乘客每4 h使用厕所1次);卧铺列车人均每小时厕所使用次数采用0.33次。目前我国动车组列车多属于昼间运行，单程运行时间在4 h以内的动车组列车人均每小时厕所使用次数采用0.20次，单程运行时间在4 h以上的动车组列车人均每小时厕所使用次数采用 0.25 次［7］。

2.2.3 旅客列车集便器冲洗水量

旅客列车集便器的冲洗用水量和集便器形式有关。列车厕所下的污物箱容积一般小于700 L，为了满足列车运行过程中厕所排水的贮存，就要求列车集便器的冲洗水量尽量小。

目前我国列车集便器基本采用耗水量很小的真空集便器和压力冲水式集便器。真空集便器一次冲洗水量在0.25～0.5 L(一般计算取0.45 L)，压力冲水式集便器一次冲洗水量为0.5 L。

2.3 列车集便器污水水质变化影响因素

结合前文论述的大小便成分的不同、大小便产生频次、列车上乘客使用厕所的频次和规律，可以看出，单程运行时间长的列车，特别是经历夜间运行的普通旅客列车，由于有较多的大便进入列车集便器，集便器污水的SS值及滤前COD较高;而主要在昼间运行、运行时间短的动车组列车，乘客主要因为小便而使用厕所，很少有大便，由于小便的蒸发残留物仅是大便的1/10，动车组列车集便器污水SS值远小于长途运行的普通列车。

经调查，列车集便器污水水质的差异还与旅客是否有便后进行冲洗的习惯有关。由于我国普客列车硬座车超员率高，列车厕所内卫生条件一般，即使采用集便器，但是许多乘客小便后没有冲洗的习惯;而动车组列车厕所内卫生条件较好，乘客基本都能便后冲水，而且高速动车组列车乘务员对厕所冲洗设施的管理比较到位，有时还会及时再次冲水维护，冲洗水量的增加造成集便器内污水污染物浓度进一步降低。

通过以上研究和分析，列车集便器污水水质确定时应综合考虑以下因素:①旅客列车类型，分为动车组列车和普通旅客列车;②旅客列车满员率和旅客列车单程运行时间，特别是列车是否经过早晨6:00～8:00和晚上8:00～11:00这2个时段;③列车集便器冲洗用水量;④列车乘务卫生维护服务水平。

3 列车集便器污水主要污染物浓度计算

根据铁路旅客列车使用密闭式厕所及排污处理系统的研究结论，旅客列车运行期间厕所使用次数应根据车型及单程运行时间计算，公式如下

厕所使用次数=列车定员人数×N×单程运行时间

式中，N为旅客使用列车厕所的频次。普通列车，硬座车N=0.25，卧铺车N=0.33;动车组，当动车组单程运行时间在4 h以内时N=0.2，动车组单程运行时间在4 h以上N=0.25。

根据日本有关调查数据显示成人每天大便次数可取1次，每天小便次数可取5次。因此可以理解为列车厕所平均每使用6人次就有5人次是小便、1人次是大便。故大便次数计算公式如下

大便次数=厕所使用次数/6集便器污水总量为冲洗水量与粪便量体积之和，本研究采用一次冲洗用水量为0.45 L，每人次使用厕所后产生的粪便量体积可以统一为0.25 L。公式如下

集便器污水体积=冲洗水量+粪便量=厕所使用次数×(0.45+0.25)

如果不考虑大小便在集便器污物箱内贮存时可能的化学反应，理论上可以根据表1、表2计算各主要污染物的浓度，计算中各污染物浓度取大便、小便的非超过概率50%时的性能特征参考值。计算公式如下:

［氨氮］=(32 500×大便次数×0.15+835×小便次数×0.25)/集便器污水体积

［COD］=(42 500×大便次数×0.15+1 250×小便次数×0.25)/集便器污水体积

［蒸发残留物］=(220 000×大便次数×0.15+2 300×小便次数×0.25)/集便器污水体积

［SS］=总固体-溶解性固体(理论计算中忽略溶解性固体，取［SS］=［蒸发残留物］)

本研究对动车组列车集便器污水进行了取样和水质化验，主要化验项目为化学需氧量COD和氨氮，普通旅客列车集便器污水水质采用已有的调查数据，表5为各类车型集便器污水主要污染物浓度计算值与实际水样化验值。

表5 列车集便器污水主要污染物浓度对照

通过表5可以看出:不同列车类型集便器污水氨氮的理论计算值与实际水样化验值基本相近;COD浓度理论计算值比实测水样化验值小，这可能是由于集便污水在污物箱内贮存时发生厌氧分解作用使部分有机物从悬浮物中分解出来造成的;SS理论计算值与从集便器污物箱直接取样化验的数值基本相近，当从集便污水化粪池取样时，SS实测水样化验值比理论计算值低许多，这是由于较多的SS在化粪池内沉淀以及所取水样是澄清水层造成的。

4 研究结论

列车集便污水水质具有高有机物浓度、高SS、高氨氮的特点，各主要污染物浓度变化范围主要与旅客列车类型、旅客列车满员率和旅客列车单程运行时间、列车集便器冲洗用水量和列车乘务卫生维护服务水平等因素有关。普通旅客列车一般单程运行时间长，经常超员运行，乘客如厕后较少冲水，造成集便器污水主要污染物指标浓度高于同样运行时间的动车组;而动车组列车一般单程运行时间短，旅客如厕大多数只是小便，便后冲水较多，集便器污水水质表现出氨氮浓度高、SS浓度较低的特点。

综上所述，按本研究提出的理论计算方法所得的集便污水主要污染物浓度值基本能够代表实际的列车集便器污水主要污染物指标浓度，在工程设计缺少实际监测水质数据时，旅客列车集便器粪便污水水质可参照表6确定。

表6 列车集便器污水水质浓度范围

［1］ 张继杰.列车集便器污水处理设备研究［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2006(3).

［2］ 王亮.SBR工艺在旅客列车集便器污水处理中的应用研究［D］.成都:西南交通大学，2007.

［3］ 杨俊峰.旅客列车集便器污水厌氧氨氧化生物脱氮试验研究［D］.成都:西南交通大学，2007.

［4］ 陈峰.列车集便器废水氨化过程的研究［D］.成都:西南交通大学，2007.

［5］ 铁道第三勘察设计院集团有限公司.列车集便器污水处理工艺研究［D］.天津:铁道第三勘察设计集团有限公司，2010.

［6］ 侯立安，等.小型污水处理与回用技术及装置［M］.北京:化学工业出版社，2003.

［7］ 铁道第三勘察设计院集团有限公司.铁路旅客列车使用密闭式厕所及排污处理系统的研究［R］.天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2006.

Study on the Quality of Waste Water from Excrement Collector of Passenger Trains

CHEN Wei-min1，ZHENG Ying-xue2
(1.The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300251，China;2.Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300160，China)

The influence factors on the main pollutant concentration of the waste water from the excrement collector of passenger trains were ascertained in this paper，which consist of the train type，the running time，the running interval，water consumption for washroom，and the habits of clean-keeping by the trainman.Based on that factors analysis，a new theoretic method was proposed to calculate the main pollutant concentration of the waste water from the excrement collector of passenger trains.According to comparison study，it was verified that the ideal value of pollution concentration calculated by using the new method was very close to the real value by testing the actual waste water sample，and the concentration level scale of COD and ammonia-nitrogen in the waste water from the excrement collector of passenger trains were also ascertained.So a difficult problem how to determine the quality of raw water from the excrement collector of passenger trains in the wastewater treatment plant was easily solved.

waste water from excrement collector of passenger trains;pollutant concentration;main influence factors

X703

A

1004-2954(2012)09-0123-04

2012-05-03

陈为民(1971—)，男，高级工程师，1994年毕业于天津大学环境工程专业，E-mail:chenweimin@tsdig.com。