干式移动生化卫生间在铁路养护中的应用——以神华集团铁路养护为例

林生福，吴大钰，张珂，史晴

(1．中国神华轨道机械化维护分公司，天津 300457;2．上海伊洁环保设备工程有限公司，上海 202156)

1 概述

至2013年，神华集团既有铁路总运营里程约为1 881 km。中国神华轨道机械化维护分公司(简称神维分公司)是神华集团为满足日益增长的运量需求，保证神华铁路的高效、安全运营，在整合神华各铁路公司相关设备和人员基础上，成立的大型铁路轨道机械化维护企业，主要承担神华铁路线路的清筛、捣固、整形等养护业务。铁路养护施工存在着施工周期长、作业地点分散、流动性大、停车驻点离生活区偏远等特点。为了方便现场作业人员在驻车地点日常生活，神维分公司配备了宿营车、餐车、淋浴车、办公车等生活型铁路车辆。这些车辆上使用的卫生间是传统旅客列车的直排式便器，所排污物既对铁路道床和钢轨造成污染，也容易因停驻时间较长，病菌孳生，对周边环境造成污染，危害驻点人员身体健康，存在较大的安全隐患。因此，这些年卫生间基本处于停用状态，而施工人员还用传统的野外式解决如厕问题。为进一步改善一线作业职工生活条件，解决厕所直排问题，神维分公司技术人员从2012年开始调研，了解了多家生态环保卫生间的相关技术，对技术方案、经济效益和社会效益(是否存在二次污染和菌群传播等环保问题)进行了综合对比，最终选择了基于B-MHA添加剂技术的干式生化卫生间，并对干式移动生化卫生间进行了试验、总结和改进工作。

2 技术路线选择

现有铁路卫生间设备使用集便箱进行粪便收集，而集便箱容积有限，本单位由于铁路养护施工周期长，无法等到车辆转场至具备排污条件的驻站再处理;又由于线路维护的特点，定期进行吸污处理，存在缺少排污人员和到现场排污等诸多困难，同时吸污、排污处理时又存在二次污染，因此，不能选择此方案。最后，集中在以下2种技术的选择，即:基于TMBR管式膜生物反应器技术的真空集污处理系统和基于B-MHA添加剂技术的干式生化卫生间。

2．1 基于TMBR管式膜生物反应器技术的真空集污处理系统

TMBR全称为管式膜生物反应器(Tube Membrane Bio-reactor)，一般设置有曝气柜、接触氧化柜、管式超滤膜、紫外线消毒器等部件，此外根据不同使用环境还可以配备电控箱、清水柜、真空过滤柜、真空泵、粉碎泵、循环泵、过滤膜组、消毒器、风机、管路等。该技术已经相对成熟，多在船舶领域应用。

具体方案是将设备安装于车厢内，现有集便器不动，将其排污管接入该设备，处理后中水可以直接排放，固体残渣6～9个月后清理。

曝气柜内充满好氧菌为主的活性污泥菌团，它们形成了象棉絮状带有粘性的絮体，这些絮体能够吸附有机物质，在充氧的条件下能够消解有机物质，并将之变成无害的二氧化碳和水，粪便污水中95%以上是易消解的有机物质，完全被氧化。

接触氧化柜内悬挂有软性生物膜填料，具有吸附消解有机物功能的生物膜在水中自由飘动，大部分原生物寄居于纤维生物膜内，同样在充氧情况下，有机物质进一步与生物膜接触氧化分解。同时软性填料在营养过剩时会涨开，吸附过剩的污泥;营养差时会慢慢消化自己，又称“内源呼吸”［1］。

管式超滤膜用于过滤经过前两道处理后的污水。活性污泥混合液中的大颗粒物质在进入管式超滤膜前已被接触氧化柜内的滤网过滤。而再经过管式过滤膜过滤，出来后的水的悬浮物和浊度已接近于零。

紫外线消毒器用于对经过管式超滤膜处理后的清水进行消毒，经过消毒后的水即可直接排放。

主要技术参数如下:

系统设备占地(长×宽×高):1 500 mm×1 300 mm×1 300 mm(不含蹲便器)

系统总重量(不含蹲便器):1 500 kg

使用温度:0℃ ～50℃(在车厢体内)

所需电源:三相380V，50 Hz

AC 220V，50 Hz

功率:三相380V，8 kW(额定)

AC 220V，1 kW

耗水量:0．5 L/次

处理能力:20人/24 h

菌种培育时间:1～2周

中断使用时间(而且要在5℃以上):7天

2．2 基于 B-MHA添加剂技术的干式生化卫生间

干式移动生化卫生间布局设计如图1，系统由蹲式集便装置、给粉装置、处理装置、分离装置、收集装置和系统控制装置组成。

图1 干式移动生化卫生间结构

B-MHA是天然矿产物质，在环境保护方面，该类净化剂在处理废水的同时，还具有回收有用成分避免二次污染的优点。

B-MHA添加剂利用特定生物化学技术，将B-MHA原有的几十个功能基团进行调整分割，使其具有近百个功能基团，它们之间不会发生相互反应，从而使新的B-MHA添加剂具有无可替代的活性优势。添加剂通过与大小便污物的反应，达到除臭与杀菌的目的，有效地控制了二次污染和菌群传播;经过处理的粪便实现了无害化和资源化的利用，成为一种农业用功能性有机肥，各项指标均达到中华人民共和国农业部发布的NY525—2011《有机肥料》的最新标准，有着巨大的经济效益和社会效益。

经“无害化、资源化”干式移动卫生间处理的粪便均通过相关部门的检测，处理后的粪液达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的要求，可直接回用清洁便器。

技术参数如下:

整体卫生间外形尺寸(长×宽×高):1 355 mm×1 355 mm×2 454 mm

整体卫生间系统总重量不超过800 kg

使用温度:-40℃ ～55℃

所需电源:AC 220V，50 Hz

额定功率:5．5 kW

耗水量:0．5 L/次

处理能力:300人次/24 h

需要压缩空气压力:600～800 kPa

2．3 2种技术路线比较

用以上2种技术处理后的污水都可以达到直接排放的标准，也可以解决吸污难的问题。但是基于TMBR管式膜生物反应器技术的真空集污处理系统在现场运用存在以下不足:

(1)使用温度为0℃ ～50℃，温度低于0℃后，菌类微生物将会死亡，从而失去降解的作用，对于神维分公司使用区域所在的山西、陕西、内蒙这些降温较早施工区段不太适用。

(2)温度低于0℃后，该系统不能有效使用，因此不能做成移动式卫生间，只能将设备安装在在宿营车车厢内。由于此带来2个问题:一是改造安装复杂，时间长，费用较高;二是增加的系统的重量达1 500 kg，改造后还要重新配重，不适宜在现有车辆改造。

(3)好氧菌中断使用(而且要在5℃以上)7天后，就要重新培养，菌种培育时间需要1～2周。这些都影响了现场使用效率。

(4)处理能力不能满足现场清筛队的使用。清筛队一般为70～80人，早起施工前集中使用，因此其20人/24 h的处理能力不能满足需要。

而基于B-MHA添加剂技术的生化卫生间由于其温度适应性强，既可以在宿营车上改造，也可以是室外移动式的。为了便于试验该卫生间的适应性和性能稳定性，首先试验使用干式移动生化卫生间的技术方案，可以在使用成熟后，再将公司现有的宿营车卫生间改造为干式生化卫生间。而干式移动生化卫生间在开发时就考虑到必须有效地避免疾病的交叉感染和传播，还有以下几个特点:

(1)节水:通过粪肥处理添加剂与粪便搅拌混合后形成糊状物进入集便袋，处理过程中仅需要少量的水用于清洁便斗表面，粪便处理无须用水，在缺少水源或冬季严寒地区，不加水也可以正常使用，节约了水资源。

(2)运用场地广、适应性强:该设备使用温度范围在-40℃ ～55℃，一年四季都可使用。

(3)使用简便:干式移动生化卫生间采用模块式设计，安装简便，使用方便，没有水管路、粪便管路，无车下悬挂物，安装时只需固定在车底板上，接通电源就可使用。

(4)废物收集方便:干式移动生化卫生间无需粪便处理的地面接收装置，也无需另设清掏粪便的设备和人员。在卫生间设备内设有粪肥收集箱，使用前只需将可降解的环保粪肥收集袋套装在粪肥收集箱上，按用户要求设计容量，当粪肥收集箱达到一定容量，卫生间上的控制面板的收集灯报警时，更换粪便收集袋即可。收集下来的粪便处理物已成为有机肥的基肥(见图2)，没有臭味，完全达到安全排放的标准，可作为普通垃圾处理，也可由公司统一安排回收，经配比后成为有机肥或土壤改良剂。这样既节省了地面配套设施购置费用、也省下了清掏运输费用及人工成本。

图2 粪便经脱水及无害化处理后的形态

基于以上分析和比较，最后神维分公司决定与上海伊洁共同研发干式移动生化卫生间。

3 干式移动生化卫生间试用情况

2013年9月，神维分公司引进1台干式移动生化卫生间，以肃宁工务机械段清筛一队为试点，在山西省相关的工作区域进行为期1个月的试用。

移动卫生间通过顶部和底脚固定放置于车列的NX70A型平板车上(见图3)，使用宿营车220V临车供电系统进行交流供电，环境温度为15℃上下，未提供水源。

图3 干式移动生化卫生间试用现场

试用期间上海伊洁与肃宁工务机械段清筛一队组织专人对户外型“无害化、资源化”干式卫生间进行跟踪管理，清筛一队在第一时间排出值日表，按要求连续检查和记录使用状况。自9月25日晚投入使用至10月23日停止，每天累计使用人次不少于60人，顺利完成了为期1个月的试用任务。干式移动生化卫生间的使用，方便了职工生活，同时消除了部分危险源，受到职工的欢迎;站区环境得到改观，得到铁路公司站区的充分肯定。

经过为期1个月的试用，为了适应清筛队现场的需求，以下几个问题需要加以改进:

(1)因现场人员在野外施工，回到驻地再进行小便的情况较少，卫生间设备缺少处理后的尿液，致使使用过程中经常出现缺水现象，需手动加水。

(2)使用时如厕人员对干式移动生化卫生间的操作方式不熟悉，错误按压处理按钮次数过多，导致系统的自保电路启动，只出水冲洗便器，粪便无法吸入至处理装置降解，导致卫生间堵塞。

(3)压缩机噪声过大，启动较频繁，因为职工休息的宿营车内环境较为安静，不利于上车使用。

(4)小便处理系统不够完善，经常在大小便同时排放时导致大便喷出，地面污物严重。

(5)因设备使用期间为9～10月，周围环境温度未降至零下，所以对于设备低温性能情况未进行统计。

(6)卫生间内仍存在部分气味未排除的情况，不适合立即安装到宿营车内使用。

4 性能改进

针对设备在使用过程中产生的问题，技术人员对干式移动生化卫生间进行了性能改进。主要改进措施有以下几点:

(1)排风扇加装百叶窗，功率加大，满足排风量100L/min的要求，同时加装室内空气净化器，进一步提高室内空气质量。

(2)设备采用的是高速离心负压风机，用以实现粪便的输送和搅拌，在高速气流的作用下，气流会形成一定的噪声，拟采用加装吸声装置和消声器的措施，将负压风机的瞬时气流噪声控制在65dB内。

(3)污水处理装置效能不足的主要原因是由于在大便多、小便少的特殊状况下，工作一定时间后粪便中的胶质蛋白在分离器表面形成一层薄膜，堵隔分离器通道，造成滤过通量减小，使得尿液和污水处理不及。改进措施是调整粉剂配方，强化破坏胶质蛋白膜的能力，并在分离器前段加装胶质蛋白过滤器。

(4)加装水箱注水和泄水装置，用于方便补水和冬季停用水箱排空。加装水位显示装置，采用声光报警提示。

(5)现装备室内 0．5kW 暖风装置，管路100W伴热系统，考虑现场野外气温较低，需满足-30℃环境温度要求，采取提高暖风装置及伴热系统总功率至2．5kW的改进措施。

2014年11月，由神维分公司到厂内对经过改进后的干式移动生化卫生间进行了单台试验，试验效果达到了预期要求，解决了试用期间提出的问题。目前，改进后的产品已逐步推广配置到神维公司相关的工作区域内，包括河北、山西、内蒙等地。经过一段时间的使用，现场使用人员对干式移动卫生间的产品特点及使用方式有了认知，反映改进后的设备大大提高了设备的可靠性和适用性，可以满足宿营地职工的日常使用，解决了长久以来的如厕问题。同时，配备干式卫生间为使用单位节省了污物处理费用，改善了职工的工作环境。

5 结论

干式移动生化卫生间采用人性化设计，功能齐全使用方便，工作状态的稳定可靠，且较好地解决了粪便无害化处理。产品规模化使用将彻底改善施工作业驻地粪便对环境造成的污染，产生的粪肥可以进行收集利用，不仅节省了处理粪便所产生的部分费用，且能达到废弃资源循环再利用，形成新的循环经济。无论在移动的运输设备，城乡固定卫生间抑或临时卫生间，都有广阔的应用前景。

［1］ 马如中，何丽君，张百祁，等．膜分离技术在船用生活污水处理装置上的应用［J］．船海工程，2010，39(6):4-6．