对我国开发集便装置的建议
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钱文伟
(河南机电高等专科学校机械工程系，河南新乡453002)
摘要：简要地介绍了我国近年来铁路客运的发展状况，介绍了列车直通式厕所对环境的污染情况，指出我国列车使用集便装置的必要性.介绍了国外列车用集便装置的发展与使用情况，以及各种集便装置的性能比较.对我国列车集便装置的开发和选型提出几点建议. 关键词：列车；集便装置；建议；开发
中图分类号:U 270.38+5 文献标识码:A 文章编号:100822093(2000)0420041205
1 列车集便装置对环境保护的意义
长期以来，铁路旅客列车普遍采用直通式厕所，在列车运行中所飞溅出的粪便不仅污染铁路沿线的环境，
而且造成轨道及其零部件严重锈蚀，道床板结，危害线路和车辆，危害维护人员的身心健康，增加了维修的工作量.而旅客列车提速更加剧了直通式厕所在运行中排放的粪便污物对周围环境以及线路车辆和沿线各站的污染.由于列车在高速运行时产生强大的气流将旅客列车排出的污水雾化，列车运行速度越高雾化越严重，其飞溅面就越大.据广深工务段对广深线运行列车速度在80公里 小时以上的旅客列车排污情况进行调查研究，发现钢轨及其附件在污水排放区段全部被污水飞溅污染，引起轨面严重锈蚀.车辆的行走部件受污染的程度更加严重，加速了部件的锈蚀，大大缩短其使用寿命.在两车交会和通过隧道时，更为强大的气流会将污物卷起溅落在车辆两端的台阶、扶手、侧墙和车窗上，严重影响了铁路在公众中的形象.气流也会从直通式厕所的排污管倒灌进车厢内，污染了车厢内的空气.提速车以及准高速列车一般只停靠大站，因而列车在高速通过一些中、小型客站时污物会飞溅到站台上的工作人员、设施和等候上车的乘客.为了满足广大乘客对乘车环境越来越高的要求，保障铁路员工以及广大旅客的身体健康，减轻对线路和车辆的维修工作量，同时也是铁路客车本身的技术发展的要求，在提速列车和即将建造的高速列车上安装集便装置势在必行.
2 国外客车集便装置的发展
如前所述，为避免列车排便对铁路环境的污染，世界各国都积极研制和发展新型的列车集便装置，以替代传统的直通式厕所.日本于1960年开始研制适用于东海道新干线旅客列车的
2000年9月第8卷第4期
河南机电高等专科学校学报
Journal of Henan M echanic and Electric Engineering Co llege D ec .2000V o l .8 .4
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24河南机电高等专科学校学报 第8卷
储留式厕所，并逐步在头等车、特快、快车、卧铺车、与地铁联轨的车辆上安装.由于储留式厕所冲水量大、储污量大、清洗频繁，影响车辆使用率,1969年后逐步改装成循环式厕所.但由于循环式厕所的地面设施费用大，而且车辆维修基地的下水道也未整备，日本于78年开始研制净化排水式厕所，并于1984年下半年开始批量安装.现在日本所有新干线以及所有新的城间快车、卧铺车都安装了真空式集便器.旅客列车的粪便处理率分别为：新干线100%，有线特别快车和卧铺车96%，普通快车80%，总的粪便处理率为73%.
美国开始研制客车集便装置的时间较早，形式很多，主要有：化学式、焚烧式、生物处理式、过滤消毒式、电极杀菌消毒排出式、化学处理循环式.由于公众对环保问题的关注，美国有关法律规定1971年以后新造车必须使用集便器,1974年12月31日之前老式厕所必须改造完.因而1970年以后新造的1000辆车全部安装了密封式厕所，其中Am fleet (483辆)装循环式全储存式厕所;Sup erline(240辆)装M onogr
am真空密封式厕所;Am fleet (250辆)装M i2 crop ho r密封式厕所.同时，长岛铁路与北方7市市郊线路也受法律限制采用了循环式厕所.
英国铁路最早使用的密封厕所是安装在317型客车上的Am trak重力密封厕所.1984年英国交通部规定：今后所有英国铁路客车都要装控制排放式厕所.现在英国使用的是美国m i2 crop ho r公司提供的装有压力排放阀的厕所.海峡隧道开通后，海峡隧道穿梭列车装备了瑞典EVA C公司生产的EVA C2000型真空式厕所.
法国于70年代开始使用密封式厕所，其主要类型有：分离式密封厕所(R S)、真空式厕所(FV)、临时真空式厕所(FE).从1975年起安装有7个循环式厕所的T GV客车开始试运行. 1980年已装有783台循环式密封厕所.由于旅客对乘车环境的要求日益提高，真空式厕所越来越显示其优越性，所以法国新造列车全部使用EVA C真空式厕所，约为1500套.
德国铁路客车密封式厕所的主要形式有：压力水冲洗式、循环水冲洗式、车上焚烧式、以及真空式厕所，其中真空式又分为真空吸出式和集便箱有生物作用的真空式两种.目前，德国I CE高速列车就装用了真空式厕所.
韩国自80年代中期开始使用循环式列车厕所，其占集便器总数的90%.由于循环式厕所存在许多问题,1992年韩国开始研制自动开闭式厕所，并于1994年开始批量装车.同时也采用了一部分的真空式厕
所.到1997年末循环式厕所占总数的40%，真空式厕所占30%，自动开闭式占30%.集便器经过30多年的发展、淘汰，目前各国主要使用的密封厕所型式有：真空式、循环式、净化排水式、自动开闭式等，其使用概况见表1.
安装密封厕所的列车运行区段需配置相应的地面接收和处理设施，以排空储便箱内储存的旅客粪便，并将其处理达到当地政府规定的污水排放标准后排入城市下水管网或地表水体.粪便接受方式有用粪便车回收和用地面固定设施回收.美国采用的是在专门列检站设置固定的供整列车使用的排空设备.日本主要采用建设地面回收工程，使地面污物抽出装置的接头与集便箱的排出口连接的排出污物的方式.德国是用在线路中间设置沟槽的办法进行回收.回收后的污水中COD、BOD严重超标，须经处理后才能排放.各国采用的处理方法主要有生物滤池、活性污泥、沼气发酵、电解气浮等方法.具体选择须视污水成份、排放去向及当地的环境标准等因素确定.如循环式厕所排出的污水中含有除臭、防腐、杀菌消毒、着等化学药品，有可能妨碍菌株生长而影响生物滤池和活性污泥这两种方法的处理效果，而达不到预期目的.净化排水式厕所，由于污水在储存箱内经消毒后在客车到站时排向道边，车辆进整备所只卸下固体
污物，不需设置污水处理设施.这类污物可在专设的焚烧炉中焚烧减量或作肥料.在诸多的方法中韩国昌源环境产业株式会社研制开发的电解处理方法在许多方面表现出其优越性，是较好的污水处理方式.电解与活性污泥法的性能比较见表2.
表1 国外旅客车辆集便装置的使用概况
内容模式真空密封式循 环 式净化排水式
自动开闭式应用概况
法国用EVA C 1500套；日本全部使用真空式；英、德、瑞、奥、丹麦等国也普遍使用真空式厕所，如：海峡隧道穿梭列车、摆式车体、德国I CE 等.日本GO KO SE IS
A KU SHO 上使用循环式厕所，但在逐步淘汰；在法国T GV 和铁路局也有应用.
79年日本中央东线115系近郊电动车组;80年东海道山阳干线113系
电动车组
韩国于94年开始使用，自动开闭式占韩国集便器总数的30%.
基本操作原理冲洗时压力空气通过空气喷射阀将集便箱抽成真空，压缩空气作用于水增压器，产生一定压力的水流冲洗便器，排泄阀打开，污物被吸入集便箱，排泄阀关闭，水增压器在弹簧作用下复原，为下一次冲洗作好准备.储便箱内存有含消毒剂和清洗剂的冲洗液.冲洗时，水泵强迫冲洗液从箱内穿过过滤器进入便盆将粪便冲入储便箱.按操作动力分气动和电动两种.
冲洗时，冲洗水将污物冲到过滤积存箱，并加入防腐剂，过滤后除臭、脱，将污水储存到第一储水箱中，此时溶入药剂杀菌，再流入第二储水箱，并加入还原液，车辆到站后通过与自动开关门连动的开关将污水排出.
按下冲水钮，通过电磁阀打开冲水回路，冲洗便器，通过电磁阀打开气动球阀，污物靠重力落到储便箱中.冲水回路关闭，延时一段时间后球阀关闭.
用水量升 次坐式0.25升 次蹲式0.5升 次冲洗水循环使用蹲式0.5升 次是否添加药剂
无
有监控杆基础
有
无
优 缺 点
自动排污阀
优点：结构简单隔臭效果好；使用净水，卫生；不加化学药剂，污物可直接排放至化粪池；需防冻加温部件少.
缺点：用净水量大，需要较大的集便箱；投资费用高.
大微动开关优点：没有水的消耗，集便箱体积小，排空次数少，利用率高.
缺点：使用化学药剂，腐蚀部件，污染环境，地面处理设施费用大；隔臭效果不好，药剂不足易产生恶臭；防冻设备多，结构复杂；冲洗水反复使用，有细菌传播的危险.
优点：污物处理只需污物焚烧炉即可.
缺点：需要增加集便盒的费用，工人作业脏、累、险.
优点：结构简单，造价低廉，维护费用低.
缺点：便器设计不合理，冲水效果差；不适合高速及准高速条件下使用.
表2 电解处理法与活性污泥法的性能比较
项目处理方式
活 性 污 泥 法
电 解 处 理 法
处理原理利用好氧性微生物氧化有机物利用电解氧化有机物安装面积大小(约为活性法的1 3)安装方法困 难
紧凑型设计保证安装简便运行及管理因需专业性而困难
仅需学习操作方法即可有机物负荷负荷变动适应性小(控制微生物困难)负荷变动适应性强温度变化敏 感无关
处理速度慢快(滞留时间5-10分钟)废渣产生量多
少(约为活性法的1 2)
度需要除装置利用次氯酸的氧化作用除消毒槽需 要
自熟粉丝机因产生次氯酸而不需要恶 臭在流量调节槽及爆气槽产生异味无
难分解物质处 理 困 难可处理(去除氨、磷、重金属效好)处理水利用
需要多次处理
可用于二次水
3正交相移键控
4第4期 钱文伟：列车集便装置发展的现状以及对我国开发集便装置的几点建议
44河南机电高等专科学校学报 第8卷
国外使用集便装置的经验表明：集便装置虽然结构复杂，投资和运营较直通式厕所高，但防止了旅客粪便对轨道及附近设施以及车体、转向架的污染和腐蚀，减少了维修工作量，大大减少了铁路员工在作业时受到病菌感染的可能性.同时密封式厕所使用方便，气味很小，在停车时也可使用，有着明显的社会效益和环境效益.
3 我国集便装置的研究与使用情况
我国对旅客列车集便装置的研究工作从70年代末开始，并于80年代初进行过装车试运行.但由于种种原因末能成功.近些年来，特别是广深准高速列车开行以来，集便装置的研究和使用逐渐成为客车制造技术中的关键之一.国外几家大的集便装置制造商纷纷进入中国市场.如美国M ONO GRAM SAN ITA T I ON公司在中国拥有代理商和制造厂.四方工厂为广深线研制的准高速客车(160km h)就安装过该公司生产的气动循环式厕所.铁科院机辆所现在是瑞典EVA C公司的代理.据悉，四方工厂1998年已进口180台EVA C真空式厕所.1998年广深铁路租用瑞典的摆式车体上使用的也是真空式厕所.除四方工厂外长春
、唐山、浦镇等车辆厂和路内的有关科研院所已分别与国外密封式厕所生产厂商接触、洽谈，拟在将来采取引进技术、合作生产等途径引进各类密封式厕所.
4 对我国集便装置的开发和选型的几点建议
由于目前集便装置的研制与开发只是起步阶段，而集便装置的使用是一个复杂的系统工程，它包括车上的密封式厕所、地面接受和污水处理三个环节，每个环节都相互紧密联系，每个环节又都受不同的外部条件的影响和制约.哪个环节出了问题都会直接影响了集便装置的推广使用.当前这种多头引进势必造成重复开发、制式各异、车上地下不易衔接等问题.针对当前这种情况，铁道部有关单位已着手统筹组织，计划建立一个旅客列车集便装置的专业化生产厂家，避免在集便装置推广使用过程中发生前后脱节的情况.
近几年铁路空调旅客列车的年生产量在2000辆左右，双层客车在80辆左右.若是新造车全部加装集便装置，假设每个集便装置价值10万元人民币(国外进口每套都在20万元以上).其年产值就在四亿元以上.这还不包括旧车改造和即将投入生产的高速客车的需求量.因而我国旅客列车集便器的需求量会不断地加大，市场前景良好.下面就我国对集便装置的开发和选型提出几点建议:
1)为了加快我国集便装置的研制开发工作，建议走引进技术、合作生产、消化吸收、自主研究的道路，成立一个集研究开发、生产、销售、管理一体化的洁具公司，可逐步发展成为面向全社会的移动led柔性霓虹灯
洁具专业生产厂家.
2)综合分析国内外集便装置的使用情况，结合我国国情，建议研制开发新型的符合我国铁路客运发展水平的自动开闭式与真空式集便器.自动开闭式集便器其结构简单，造价低廉，维护费用低，比较适合在硬座车和硬卧车上使用.真空式集便器与自动开闭式相比结构复杂，但其使用效果好，可靠性高，可多个厕所共用一个集便箱，比较适合在软座车、软卧车、公务车等高档车上使用.这两种集便器对污物的处理方式相似，可以用相同的地面接受和处理设施.
3)韩国的自动开闭式集便器的结构与功能不完全符合我国铁路的要求，建议做以下改进:
(1)改进集便器形状以及喷口的布置与水流形式.自动开闭式集便壁角度偏小，影响冲水
效果和便器排空时间.建议加大便器壁的角度，使其形状接近于漏斗形.其喷水口位置和水流形式不合理，在便器上产生死角.可改进为螺旋水流形式.(2)自动开闭式集便器的集便箱与外界通过一根通风管相连，这不适合提速和准高速情况下使用.建议将排气扇、便器周围的排气孔和集便箱相连，在冲洗便器的瞬间关闭排气孔回路，排气扇只将集便箱中的空气排出车外，实际上就是产生了一定的真空度.这样能够提高冲洗效果，减少冲洗用水.(3)将排气扇与厕所门锁连动，以达到节能的效果.现在生产的空调车厕所门锁都可区别显示三种状态：无人、有人和关闭.在无人和关闭状态下可停止排风扇工作并切断排气口回路，防止集便箱的气流倒流回车内.在有人状态时，排气扇开始工作，打开排气口回路，不
断将厕所内的气体排出车外.(4)增加水增压器.若完全依靠上部水箱上水本身的压力冲洗便器很难得到好的效果.通过水增压器提高冲洗水的压力，以达到良好的冲洗效果.(5)增加集便箱冲洗口.在进行集便箱排空作业时能对集便箱以及接头和排空管进行清洗，减少对操作人员和环境的污染.
4)地面接受与处理设施的性能好坏直接影响着集便装置的推广.地面接受形式的确定，应根据所在站段的实际情况考虑，应满足改造容易、使用方便、快捷的要求.为保证集便装置的推广使用，我国在地面接受设施方面也应予以足够的重视.
The Status Quo of Gather Sh it Equip m en t i n Tra i n and the Suggestion s to D evelop It i n Our Coun try
Q I AN W en 2w ei
D ep artm en t of M echan ic Engineering H enan M ech in ic and
E lectric Engineering Co llege
X inx iang Ch ina ,453002
Abstract :T he statu s of rail w ay p assenger tran spo rt is b riefly in troduced ,the environ 2m en tal
po llu te cau sed by the straigh t lavato ry in train is also exp atiated ,and it is necessary that the gather -sh it equ i pm en t is u sed in ou r coun try .T he overseas developm en t and ap 2p licati on of train gather sh it equ i pm en ts are in troduced ,and the functi on of all k inds is com 2p ared .Som e suggesti on s to select typ e and to develop it in ou r coun try are po in ted .
Key W ord :train ;gather 2sh it 2equ i pm en t ;suggesti on ;developm en t
(责任校对：刘松华)
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4第4期 钱文伟：列车集便装置发展的现状以及对我国开发集便装置的几点建议
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