列車集便器污水水質分析研究

陳為民，鄭瑩雪

(1.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251;2.天津工業大學，天津 300160)

列車集便器污水水質分析研究

陳為民1，鄭瑩雪2

(1.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251;2.天津工業大學，天津 300160)

明確了列車集便器污水主要污染物濃度的影響因素，分別為列車類型、運行時間、運行時段、沖廁用水量、列車乘務員衛生維護習慣，并根據上述影響因素提出列車集便器污水主要污染物濃度的理論計算方法。通過與實際污水水樣化驗值對比，證明通過該方法計算所得到的列車集便器污水主要污染物濃度計算值與實際水樣化驗結果相近，并進一步確定了鐵路旅客列車集便器污水COD、氨氮的濃度范圍，解決了集便器污水處理工程設計原水水質主要污染物濃度難預測的問題。

列車集便器污水;污染物濃度;主要影響因素

過去我國鐵路列車基本采用直排式廁所，嚴重污染了鐵路沿線環境。近十年來，特別是2003年“非典”以后，普通列車加裝(改裝)集便器的工作取得了較快發展，動車組列車均采用密閉式廁所。旅客列車密閉式廁所的采用改變了直排式廁所糞便污水“即有即排”的分散排放方式，但隨之而來的是大量高濃度糞便污水的處理處置問題，因此研究列車集便器糞便污水處理工藝和提出主要處理構筑物參數已經成為鐵路給排水設計、鐵路環保工作迫在眉睫的問題。雖然張繼杰［1］等采用“厭氧折流板+移動生物床反應器+膜生物反應器工藝”對列車集便器污水進行了COD去除率的試驗研究，王亮［2］、楊俊峰［3］、陳峰［4］等采用“ABR+SBR+厭氧氨氧化+SBR”組合工藝，重點對列車集便器污水高濃度氨氮通過SBR亞硝化作用去除、通過厭氧氨氧化工藝厭氧脫除等進行了試驗研究，但由于列車集便器污水不僅具有高有機物濃度、高氨氮、高SS、低C/N值等特點，而且不同車型的列車集便器污水濃度范圍變化大，當不同類型的列車匯集在動車段(所)或車輛段排泄污水時，確定匯合在一起的列車集便器污水主要水質指標濃度范圍就成為制約集便污水處理工藝選擇的關鍵因素。目前國內還沒有統一的列車集便器污水各種污染物濃度的計算方法和污水水質參考范圍，從而限制了相關的污水處理工藝的研究，因此明確旅客列車集便器污水水質特點和確定污染物指標濃度范圍至關重要［5］。

1 研究內容及目標

本研究是針對我國鐵路列車集便器污水處理工程設計中存在的原水水質主要污染物濃度范圍不明確而提出的，主要通過收集國內外有關資料，結合國內現有密閉式廁所旅客列車集便器污水水質化驗，提出列車集便器污水主要污染物濃度的計算方法，明確我國旅客列車集便器污水水質特點和主要水質污染物指標濃度范圍，為鐵路旅客列車集便器污水處理工藝研究和工程設計奠定基礎。

2 列車集便器污水水質特征

2.1 糞便性能特征

糞便的成分與人的飲食習慣、攝取的食物類別以及地域等都有關系。按照水污染物的有關化驗方法，糞便污染物主要可采用化學需氧量COD、五日生化需氧量BOD5、氨氮、總氮等指標表示。大便、小便的污染物性能參考值分別見表1、表2［6］。

表1 大便的性能特征參考值

表2 小便的性能特征參考值

2.2 列車糞便污水水量

2.2.1 糞便產生的頻次和產生量

醫療部門做過種種調查，表3［6］表明通常成人每人每天排泄糞便100～180 g，尿1 000～1 500 mL。

表3 平均排泄量

日本也曾做過相關調查，表4［6］表明成人每天大便1次，小便4～6次;大小便總量1.5 L/人·d，0.22～0.30 L/人·次。

表4 日本某研究機構對便所使用狀況的調查

2.2.2 旅客使用列車廁所的頻次

關于旅客使用列車廁所的頻次，部分鐵路客運段統計資料表明旅客使用列車廁所的規律主要與旅客車廂環境、旅客列車運行時間以及列車是否經歷早晨或傍晚的運行時段等因素有關。根據鐵道部鐵路旅客列車使用密閉式廁所及排污處理系統的研究結論，硬座列車人均每小時廁所使用次數采用0.25次(即平均每位乘客每4 h使用廁所1次);臥鋪列車人均每小時廁所使用次數采用0.33次。目前我國動車組列車多屬于晝間運行，單程運行時間在4 h以內的動車組列車人均每小時廁所使用次數采用0.20次，單程運行時間在4 h以上的動車組列車人均每小時廁所使用次數采用 0.25 次［7］。

2.2.3 旅客列車集便器沖洗水量

旅客列車集便器的沖洗用水量和集便器形式有關。列車廁所下的污物箱容積一般小于700 L，為了滿足列車運行過程中廁所排水的貯存，就要求列車集便器的沖洗水量盡量小。

目前我國列車集便器基本采用耗水量很小的真空集便器和壓力沖水式集便器。真空集便器一次沖洗水量在0.25～0.5 L(一般計算取0.45 L)，壓力沖水式集便器一次沖洗水量為0.5 L。

2.3 列車集便器污水水質變化影響因素

結合前文論述的大小便成分的不同、大小便產生頻次、列車上乘客使用廁所的頻次和規律，可以看出，單程運行時間長的列車，特別是經歷夜間運行的普通旅客列車，由于有較多的大便進入列車集便器，集便器污水的SS值及濾前COD較高;而主要在晝間運行、運行時間短的動車組列車，乘客主要因為小便而使用廁所，很少有大便，由于小便的蒸發殘留物僅是大便的1/10，動車組列車集便器污水SS值遠小于長途運行的普通列車。

經調查，列車集便器污水水質的差異還與旅客是否有便后進行沖洗的習慣有關。由于我國普客列車硬座車超員率高，列車廁所內衛生條件一般，即使采用集便器，但是許多乘客小便后沒有沖洗的習慣;而動車組列車廁所內衛生條件較好，乘客基本都能便后沖水，而且高速動車組列車乘務員對廁所沖洗設施的管理比較到位，有時還會及時再次沖水維護，沖洗水量的增加造成集便器內污水污染物濃度進一步降低。

通過以上研究和分析，列車集便器污水水質確定時應綜合考慮以下因素:①旅客列車類型，分為動車組列車和普通旅客列車;②旅客列車滿員率和旅客列車單程運行時間，特別是列車是否經過早晨6:00～8:00和晚上8:00～11:00這2個時段;③列車集便器沖洗用水量;④列車乘務衛生維護服務水平。

3 列車集便器污水主要污染物濃度計算

根據鐵路旅客列車使用密閉式廁所及排污處理系統的研究結論，旅客列車運行期間廁所使用次數應根據車型及單程運行時間計算，公式如下

廁所使用次數=列車定員人數×N×單程運行時間

式中，N為旅客使用列車廁所的頻次。普通列車，硬座車N=0.25，臥鋪車N=0.33;動車組，當動車組單程運行時間在4 h以內時N=0.2，動車組單程運行時間在4 h以上N=0.25。

根據日本有關調查數據顯示成人每天大便次數可取1次，每天小便次數可取5次。因此可以理解為列車廁所平均每使用6人次就有5人次是小便、1人次是大便。故大便次數計算公式如下

大便次數=廁所使用次數/6集便器污水總量為沖洗水量與糞便量體積之和，本研究采用一次沖洗用水量為0.45 L，每人次使用廁所后產生的糞便量體積可以統一為0.25 L。公式如下

集便器污水體積=沖洗水量+糞便量=廁所使用次數×(0.45+0.25)

如果不考慮大小便在集便器污物箱內貯存時可能的化學反應，理論上可以根據表1、表2計算各主要污染物的濃度，計算中各污染物濃度取大便、小便的非超過概率50%時的性能特征參考值。計算公式如下:

［氨氮］=(32 500×大便次數×0.15+835×小便次數×0.25)/集便器污水體積

［COD］=(42 500×大便次數×0.15+1 250×小便次數×0.25)/集便器污水體積

［蒸發殘留物］=(220 000×大便次數×0.15+2 300×小便次數×0.25)/集便器污水體積

［SS］=總固體-溶解性固體(理論計算中忽略溶解性固體，取［SS］=［蒸發殘留物］)

本研究對動車組列車集便器污水進行了取樣和水質化驗，主要化驗項目為化學需氧量COD和氨氮，普通旅客列車集便器污水水質采用已有的調查數據，表5為各類車型集便器污水主要污染物濃度計算值與實際水樣化驗值。

表5 列車集便器污水主要污染物濃度對照

通過表5可以看出:不同列車類型集便器污水氨氮的理論計算值與實際水樣化驗值基本相近;COD濃度理論計算值比實測水樣化驗值小，這可能是由于集便污水在污物箱內貯存時發生厭氧分解作用使部分有機物從懸浮物中分解出來造成的;SS理論計算值與從集便器污物箱直接取樣化驗的數值基本相近，當從集便污水化糞池取樣時，SS實測水樣化驗值比理論計算值低許多，這是由于較多的SS在化糞池內沉淀以及所取水樣是澄清水層造成的。

4 研究結論

列車集便污水水質具有高有機物濃度、高SS、高氨氮的特點，各主要污染物濃度變化范圍主要與旅客列車類型、旅客列車滿員率和旅客列車單程運行時間、列車集便器沖洗用水量和列車乘務衛生維護服務水平等因素有關。普通旅客列車一般單程運行時間長，經常超員運行，乘客如廁后較少沖水，造成集便器污水主要污染物指標濃度高于同樣運行時間的動車組;而動車組列車一般單程運行時間短，旅客如廁大多數只是小便，便后沖水較多，集便器污水水質表現出氨氮濃度高、SS濃度較低的特點。

綜上所述，按本研究提出的理論計算方法所得的集便污水主要污染物濃度值基本能夠代表實際的列車集便器污水主要污染物指標濃度，在工程設計缺少實際監測水質數據時，旅客列車集便器糞便污水水質可參照表6確定。

表6 列車集便器污水水質濃度范圍

［1］ 張繼杰.列車集便器污水處理設備研究［J］.鐵道勞動安全衛生與環保，2006(3).

［2］ 王亮.SBR工藝在旅客列車集便器污水處理中的應用研究［D］.成都:西南交通大學，2007.

［3］ 楊俊峰.旅客列車集便器污水厭氧氨氧化生物脫氮試驗研究［D］.成都:西南交通大學，2007.

［4］ 陳峰.列車集便器廢水氨化過程的研究［D］.成都:西南交通大學，2007.

［5］ 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.列車集便器污水處理工藝研究［D］.天津:鐵道第三勘察設計集團有限公司，2010.

［6］ 侯立安，等.小型污水處理與回用技術及裝置［M］.北京:化學工業出版社，2003.

［7］ 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.鐵路旅客列車使用密閉式廁所及排污處理系統的研究［R］.天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，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

陳為民(1971—)，男，高級工程師，1994年畢業于天津大學環境工程專業，E-mail:chenweimin@tsdig.com。