机车车辆生态环保卫生间的应用

2020-01-09

天津职业院校联合学报 2020年2期

(天津铁道职业技术学院，天津 300240)

1 机车车辆生态环保卫生间的设计

1.1 设计分析

机车生态环保卫生间主要由搅拌发酵系统、加热系统、电气控制系统、通风排风系统等组成，利用微生物对粪便进行降解处理，将大小便及卫生纸清除，并转换成水蒸气、二氧化碳、氨气等排放物。通过在便器下部设置添加微生物载体发酵设备槽，当粪便与微生物及载体充分混合后，微生物水解菌种释放具有降解有机物功能的高蛋白酶，将粪便中的有机物降解为糖、脂肪酸和氨基酸等小分子有机物，微生物产酸菌种再将其降解为有机酸，经微生物甲烷菌的进一步作用及代谢、完全氧化分解为水、气体等简单的无机物，而且微生物菌通过此过程能够保持不断繁衍，进而保证卫生间能够在长时间无任何维护的情况下正常使用。

而目前，和谐型机车上安装的车载卫生间主要采用有水冲式卫生间、干式卫生间，整体设计较为复杂，经与利用微生物技术的生态卫生间对比就可见生态卫生间的优势，具体情况如下：

1.1.1 水冲式卫生间。水冲式卫生间由卫生间壳体、排污管、上水管、排水管、水箱溢流管、污物溢流管组成。当按下启动按钮，便器喷液，便器排污阀打开，利用喷液的水压把污物推入便器下方的污物箱。水冲式卫生间具有结构简单，维修方便的特点，但其冬季无法使用，耗电量大，污物箱冬天需要加热，且电加热故障率及排污阀故障率高，同时需要有地面接收装置，保洁人员每车次都需要进行吸污处理。

1.1.2 干式卫生间。干式卫生间由卫生间壳体、便器系统、给水系统、控制系统及车底管路等组成。便器系统采用干粉式集便器系统，其工作原理是在冲洗水的压力和污物自身的重力作用下将污物从便盆内冲到搅拌槽中，经过加药和搅拌等程序，排污泵将搅拌槽内处理好的粪便排入收集袋，方便污物收集。干式卫生间具有无需地面污物收集系统，用水量少，只有(100-300)ml，在冬天可以无水进行使用。其缺点是设计结构复杂，故障率高，污物需要每车次进行清理，下粉容易堵塞，在冬天无水使用时，卫生间臭味比较大，保洁人员需要每车次进行污物收集及定期加粉。

1.1.3 生态卫生间。生态卫生间由搅拌发酵系统、加热系统、电气控制系统、通风排风系统等4大系统组成。采用的是微生物降解技术，利用特殊培育的微生物菌种对大小便进行降解，当粪尿与微生物及载体充分混合后，微生物水解菌种释放具有降解有机物功能的高蛋白酶，将粪尿中的有机物降解为糖、脂肪酸和氨基酸等小分子有机物，微生物产酸菌种再将其降解为有机酸，经微生物甲烷菌的进一步作用及代谢、完全氧化分解为水、气体等简单的无机物，而且微生物菌通过此过程能够保持不断繁衍，进而保证卫生间能够在长时间无任何维护的情况下正常使用。该卫生间的缺点是：设备保养时不能使用化学试剂清理。

综上所述，习近平总书记指出，绿水青山就是金山银山。建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的千年大计，是实现中华民族伟大复兴的重要战略任务。结合我院建成高铁实训基地高仿真一比一模拟驾驶一、二级检修“和谐号”动车组。我院从2016年开始筹备建设，于2018年1月设备进入我院开始安装调试。但车厢卫生间不能使用，因为没有上、下水也没有排污管路。为此结合生态环保卫生间在机车上的应用，也可以应用在我院高铁实训基地动车组上，既解决了上下水的问题，又解决排污难题。同时还可以应用在旅游地区缺水，排污困难的地方。如青海的茶卡盐湖等许多旅游胜地，都需要生态环保卫生间待我们开发，习近平总书记很早就用金山银山、绿水青山作比喻，生动形象、入木三分地阐述了经济发展与环境保护之间的辩证关系，提出了“绿水青山就是金山银山”的重要理念，为我们建设生态文明、建设美丽中国提供了根本遵循。

总之，水冲式卫生间、干式卫生间均需配备水箱，在冬季使用时极易发生冻结，存在适应性差的问题，水冲式卫生间排污是直接排到集污箱内，需要在装备时及时排污否则容易造成堵塞，干式卫生间虽利用药剂对污物处理后排到收集袋内但容易造成管路堵塞和卫生间气味处理不彻底等问题。生态卫生间则更能适应机车工作环境和更好的满足机务段需求，在总体性能、维护性能上均优于水冲、干式卫生间，其技术先进，具有节能环保的特点，因此，是我们对车载卫生间方案的首选。

1.2 工作原理

通过对现有车载卫生间结构和工作原理的研究并对其实施改造，采用微生物降解技术，通过除臭-醇化-分解-消化-蒸发等步骤将大小便及厕所用纸等消除，随后转换为二氧化碳和少量氨气和水蒸气排放到空气中，无需水冲、拒绝污染、无臭味、无污染物排放(排放物满足国家《恶臭污染物排放标准》GB14554的要求)，其主要设计方案如下：

1.2.1 搅拌发酵系统：采用单轴正反旋转方式，搅拌均匀，无死角。搅拌时间及频率有自动和人工控制两种方式：自动运行时，正转运行30秒、停止30秒；反转运行30秒、停止30秒，二循环运行过程；人工控制时根据人控制运转方式和运转时间运行。

1.2.2 加热系统：采用硅橡胶电加热丝，加热丝连接温度传感器，当温度低于50℃，传感器接通电源，开始加热；当温度高于75℃，传感器切断电源，停止加热，确保分解物进行蒸发和微生物所需温度。温度控制分高、中、低三档，正常使用时采用中档，使用人流量较多或冬天寒冷时使用高档，夏天或人流量较少时使用低档。

1.2.3 通风系统：通风口安装在处理槽上部，由便器口进风，处理槽上部向外排风，其作用有：(1)将处理过程分解出来的二氧化碳、水蒸气、微量氮气等气体及时排出；(2)保持处理槽上部空气新鲜，因为槽内使用的是好氧性微生物，需要新鲜的空气，促进微生物分解能力和自身的传代繁殖。

1.2.4 电气控制系统：整体运行IC板自动控制，故障漏电自动保护。

1.2.5 微生物及载体：微生物采用存在于自然界土壤中的微生物，经过提纯培养，具有对粪便快速高效的处理能力，能对粪便和厕所用纸进行分解处理，不留任何固体废弃物，自身传代繁殖能力强，与粪便形成相互依赖的生态链，遗传性稳定，无毒、无害，对活体及生态安全，生存能力强，能在-55℃-75℃环境中生存。

2 主要技术指标与试用情况

2.1 技术指标

2.1.1 使用环境温度：-30℃—50℃。

工作环境温度：-40℃～～+70℃

周围环境最大相对湿度：大于95%

安装条件：安装在能防止风、沙、雨、雪直接侵袭的车体内

2.1.2 电源要求：AC 220V或AC 380V 、50HZ。

2.1.3 技术类型：微生物菌种发酵处理粪便、免水冲、无污染物排放。

2.1.4 电气控制方式：IC版自动控制。

2.1.5 卫生指标符合标准GB/T17217《城市公共厕所卫生标准》中规定的水冲式厕所一类标准的要求。

2.1.6 搅拌槽内残渣中蛔虫卵死亡率、类大肠菌值符合GB7959《粪便无害化卫生标准》中的规定。

2.1.7 排放气体的臭浓度、氧气浓度符合GB14554《恶臭污染物排放标准》中的规定。

2.1.8 微生物菌种在连续传代繁殖过程中不产生变异和遗传。

2.1.9 电气安全性符合GB/T18092《免水冲卫生间厕所》规定。

2.2 技术关键

2.2.1 免水冲：采用电动搅拌加生物菌吸收转化，对粪便实现无水化处理。

2.2.2 免清淘：该微生物生态卫生间的最终产物为水蒸气、二氧化碳及微量的氨气，不需要清淘，就池处理，避免二次污染。省去了水冲卫生间的污物箱的排放和干式卫生间的污物打包处理，节约了人力物力。

2.2.3 有效控制异味：该微生物生态卫生间，采用好氧微生物的繁殖，消耗了产生臭味的气体，生化反应将其转化为二氧化碳、水蒸气等稳定物质，所以，微生物生态卫生间不会产生刺激性臭味，这种载体还可以在需要除臭的场所作为除臭基料使用。

2.2.4 无害化：该微生物生态卫生间在生化反应过程中有益微生物将病原菌消耗掉，另外，生化反应产生的温度也会对人类大小便进行消毒。

2.3 创新点

2.3.1 利用微生物菌降解技术对粪便进行无害化处理，大小便转化成水蒸气、二氧化碳及微量氨气,真正达到了无二次污染。

2.3.2 能耗低、载体获取方便、便宜(更换1次/年)，可有效控制异味、安装和运行均方便。

2.3.3 改变了原卫生间需要水、风冲洗，需配备排污及水洗设备，还需要整备人员收集清理的弊端，改变了卫生间无法正常使用的情况。

2.4 试装运用情况

该卫生间利用了微生物菌技术，解决了原有和谐型机车上装备的车载式卫生间由于现有整备场条件限制、配套集污设备无法安装、整备作业人员不足、以及机车长交路运行而未安设固定排污站点等等问题。该机车生态环保卫生间自2017年10月开始投入使用后，有效解决了机车乘务员在机车运行中上厕所难的问题，切实改善了机车乘务员的作业工作环境，同时解决了整备场地面需投入大量设备设施及场地、人员不足的问题。生态卫生间的实施适应性较强，可整体安装也可在既有机车车载卫生间基础上实施技术改造，自使用以来受到了机车乘务员的广泛欢迎，具有良好的推广应用前景。