林生福，吳大鈺，張珂，史晴

(1．中國(guó)神華軌道機(jī)械化維護(hù)分公司，天津 300457;2．上海伊潔環(huán)保設(shè)備工程有限公司，上海 202156)

1 概述

至2013年，神華集團(tuán)既有鐵路總運(yùn)營(yíng)里程約為1 881 km。中國(guó)神華軌道機(jī)械化維護(hù)分公司(簡(jiǎn)稱神維分公司)是神華集團(tuán)為滿足日益增長(zhǎng)的運(yùn)量需求，保證神華鐵路的高效、安全運(yùn)營(yíng)，在整合神華各鐵路公司相關(guān)設(shè)備和人員基礎(chǔ)上，成立的大型鐵路軌道機(jī)械化維護(hù)企業(yè)，主要承擔(dān)神華鐵路線路的清篩、搗固、整形等養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)。鐵路養(yǎng)護(hù)施工存在著施工周期長(zhǎng)、作業(yè)地點(diǎn)分散、流動(dòng)性大、停車駐點(diǎn)離生活區(qū)偏遠(yuǎn)等特點(diǎn)。為了方便現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在駐車地點(diǎn)日常生活，神維分公司配備了宿營(yíng)車、餐車、淋浴車、辦公車等生活型鐵路車輛。這些車輛上使用的衛(wèi)生間是傳統(tǒng)旅客列車的直排式便器，所排污物既對(duì)鐵路道床和鋼軌造成污染，也容易因停駐時(shí)間較長(zhǎng)，病菌孳生，對(duì)周邊環(huán)境造成污染，危害駐點(diǎn)人員身體健康，存在較大的安全隱患。因此，這些年衛(wèi)生間基本處于停用狀態(tài)，而施工人員還用傳統(tǒng)的野外式解決如廁問(wèn)題。為進(jìn)一步改善一線作業(yè)職工生活條件，解決廁所直排問(wèn)題，神維分公司技術(shù)人員從2012年開(kāi)始調(diào)研，了解了多家生態(tài)環(huán)保衛(wèi)生間的相關(guān)技術(shù)，對(duì)技術(shù)方案、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益(是否存在二次污染和菌群傳播等環(huán)保問(wèn)題)進(jìn)行了綜合對(duì)比，最終選擇了基于B-MHA添加劑技術(shù)的干式生化衛(wèi)生間，并對(duì)干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間進(jìn)行了試驗(yàn)、總結(jié)和改進(jìn)工作。

2 技術(shù)路線選擇

現(xiàn)有鐵路衛(wèi)生間設(shè)備使用集便箱進(jìn)行糞便收集，而集便箱容積有限，本單位由于鐵路養(yǎng)護(hù)施工周期長(zhǎng)，無(wú)法等到車輛轉(zhuǎn)場(chǎng)至具備排污條件的駐站再處理;又由于線路維護(hù)的特點(diǎn)，定期進(jìn)行吸污處理，存在缺少排污人員和到現(xiàn)場(chǎng)排污等諸多困難，同時(shí)吸污、排污處理時(shí)又存在二次污染，因此，不能選擇此方案。最后，集中在以下2種技術(shù)的選擇，即:基于TMBR管式膜生物反應(yīng)器技術(shù)的真空集污處理系統(tǒng)和基于B-MHA添加劑技術(shù)的干式生化衛(wèi)生間。

2．1 基于TMBR管式膜生物反應(yīng)器技術(shù)的真空集污處理系統(tǒng)

TMBR全稱為管式膜生物反應(yīng)器(Tube Membrane Bio-reactor)，一般設(shè)置有曝氣柜、接觸氧化柜、管式超濾膜、紫外線消毒器等部件，此外根據(jù)不同使用環(huán)境還可以配備電控箱、清水柜、真空過(guò)濾柜、真空泵、粉碎泵、循環(huán)泵、過(guò)濾膜組、消毒器、風(fēng)機(jī)、管路等。該技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，多在船舶領(lǐng)域應(yīng)用。

具體方案是將設(shè)備安裝于車廂內(nèi)，現(xiàn)有集便器不動(dòng)，將其排污管接入該設(shè)備，處理后中水可以直接排放，固體殘?jiān)?～9個(gè)月后清理。

曝氣柜內(nèi)充滿好氧菌為主的活性污泥菌團(tuán)，它們形成了象棉絮狀帶有粘性的絮體，這些絮體能夠吸附有機(jī)物質(zhì)，在充氧的條件下能夠消解有機(jī)物質(zhì)，并將之變成無(wú)害的二氧化碳和水，糞便污水中95%以上是易消解的有機(jī)物質(zhì)，完全被氧化。

接觸氧化柜內(nèi)懸掛有軟性生物膜填料，具有吸附消解有機(jī)物功能的生物膜在水中自由飄動(dòng)，大部分原生物寄居于纖維生物膜內(nèi)，同樣在充氧情況下，有機(jī)物質(zhì)進(jìn)一步與生物膜接觸氧化分解。同時(shí)軟性填料在營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩時(shí)會(huì)漲開(kāi)，吸附過(guò)剩的污泥;營(yíng)養(yǎng)差時(shí)會(huì)慢慢消化自己，又稱“內(nèi)源呼吸”［1］。

管式超濾膜用于過(guò)濾經(jīng)過(guò)前兩道處理后的污水。活性污泥混合液中的大顆粒物質(zhì)在進(jìn)入管式超濾膜前已被接觸氧化柜內(nèi)的濾網(wǎng)過(guò)濾。而再經(jīng)過(guò)管式過(guò)濾膜過(guò)濾，出來(lái)后的水的懸浮物和濁度已接近于零。

紫外線消毒器用于對(duì)經(jīng)過(guò)管式超濾膜處理后的清水進(jìn)行消毒，經(jīng)過(guò)消毒后的水即可直接排放。

主要技術(shù)參數(shù)如下:

系統(tǒng)設(shè)備占地(長(zhǎng)×寬×高):1 500 mm×1 300 mm×1 300 mm(不含蹲便器)

系統(tǒng)總重量(不含蹲便器):1 500 kg

使用溫度:0℃ ～50℃(在車廂體內(nèi))

所需電源:三相380V，50 Hz

AC 220V，50 Hz

功率:三相380V，8 kW(額定)

AC 220V，1 kW

耗水量:0．5 L/次

處理能力:20人/24 h

菌種培育時(shí)間:1～2周

中斷使用時(shí)間(而且要在5℃以上):7天

2．2 基于 B-MHA添加劑技術(shù)的干式生化衛(wèi)生間

干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間布局設(shè)計(jì)如圖1，系統(tǒng)由蹲式集便裝置、給粉裝置、處理裝置、分離裝置、收集裝置和系統(tǒng)控制裝置組成。

圖1 干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間結(jié)構(gòu)

B-MHA是天然礦產(chǎn)物質(zhì)，在環(huán)境保護(hù)方面，該類凈化劑在處理廢水的同時(shí)，還具有回收有用成分避免二次污染的優(yōu)點(diǎn)。

B-MHA添加劑利用特定生物化學(xué)技術(shù)，將B-MHA原有的幾十個(gè)功能基團(tuán)進(jìn)行調(diào)整分割，使其具有近百個(gè)功能基團(tuán)，它們之間不會(huì)發(fā)生相互反應(yīng)，從而使新的B-MHA添加劑具有無(wú)可替代的活性優(yōu)勢(shì)。添加劑通過(guò)與大小便污物的反應(yīng)，達(dá)到除臭與殺菌的目的，有效地控制了二次污染和菌群傳播;經(jīng)過(guò)處理的糞便實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化和資源化的利用，成為一種農(nóng)業(yè)用功能性有機(jī)肥，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部發(fā)布的NY525—2011《有機(jī)肥料》的最新標(biāo)準(zhǔn)，有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

經(jīng)“無(wú)害化、資源化”干式移動(dòng)衛(wèi)生間處理的糞便均通過(guò)相關(guān)部門(mén)的檢測(cè)，處理后的糞液達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，可直接回用清潔便器。

技術(shù)參數(shù)如下:

整體衛(wèi)生間外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高):1 355 mm×1 355 mm×2 454 mm

整體衛(wèi)生間系統(tǒng)總重量不超過(guò)800 kg

使用溫度:-40℃ ～55℃

所需電源:AC 220V，50 Hz

額定功率:5．5 kW

耗水量:0．5 L/次

處理能力:300人次/24 h

需要壓縮空氣壓力:600～800 kPa

2．3 2種技術(shù)路線比較

用以上2種技術(shù)處理后的污水都可以達(dá)到直接排放的標(biāo)準(zhǔn)，也可以解決吸污難的問(wèn)題。但是基于TMBR管式膜生物反應(yīng)器技術(shù)的真空集污處理系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用存在以下不足:

(1)使用溫度為0℃ ～50℃，溫度低于0℃后，菌類微生物將會(huì)死亡，從而失去降解的作用，對(duì)于神維分公司使用區(qū)域所在的山西、陜西、內(nèi)蒙這些降溫較早施工區(qū)段不太適用。

(2)溫度低于0℃后，該系統(tǒng)不能有效使用，因此不能做成移動(dòng)式衛(wèi)生間，只能將設(shè)備安裝在在宿營(yíng)車車廂內(nèi)。由于此帶來(lái)2個(gè)問(wèn)題:一是改造安裝復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用較高;二是增加的系統(tǒng)的重量達(dá)1 500 kg，改造后還要重新配重，不適宜在現(xiàn)有車輛改造。

(3)好氧菌中斷使用(而且要在5℃以上)7天后，就要重新培養(yǎng)，菌種培育時(shí)間需要1～2周。這些都影響了現(xiàn)場(chǎng)使用效率。

(4)處理能力不能滿足現(xiàn)場(chǎng)清篩隊(duì)的使用。清篩隊(duì)一般為70～80人，早起施工前集中使用，因此其20人/24 h的處理能力不能滿足需要。

而基于B-MHA添加劑技術(shù)的生化衛(wèi)生間由于其溫度適應(yīng)性強(qiáng)，既可以在宿營(yíng)車上改造，也可以是室外移動(dòng)式的。為了便于試驗(yàn)該衛(wèi)生間的適應(yīng)性和性能穩(wěn)定性，首先試驗(yàn)使用干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間的技術(shù)方案，可以在使用成熟后，再將公司現(xiàn)有的宿營(yíng)車衛(wèi)生間改造為干式生化衛(wèi)生間。而干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間在開(kāi)發(fā)時(shí)就考慮到必須有效地避免疾病的交叉感染和傳播，還有以下幾個(gè)特點(diǎn):

(1)節(jié)水:通過(guò)糞肥處理添加劑與糞便攪拌混合后形成糊狀物進(jìn)入集便袋，處理過(guò)程中僅需要少量的水用于清潔便斗表面，糞便處理無(wú)須用水，在缺少水源或冬季嚴(yán)寒地區(qū)，不加水也可以正常使用，節(jié)約了水資源。

(2)運(yùn)用場(chǎng)地廣、適應(yīng)性強(qiáng):該設(shè)備使用溫度范圍在-40℃ ～55℃，一年四季都可使用。

(3)使用簡(jiǎn)便:干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間采用模塊式設(shè)計(jì)，安裝簡(jiǎn)便，使用方便，沒(méi)有水管路、糞便管路，無(wú)車下懸掛物，安裝時(shí)只需固定在車底板上，接通電源就可使用。

(4)廢物收集方便:干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間無(wú)需糞便處理的地面接收裝置，也無(wú)需另設(shè)清掏糞便的設(shè)備和人員。在衛(wèi)生間設(shè)備內(nèi)設(shè)有糞肥收集箱，使用前只需將可降解的環(huán)保糞肥收集袋套裝在糞肥收集箱上，按用戶要求設(shè)計(jì)容量，當(dāng)糞肥收集箱達(dá)到一定容量，衛(wèi)生間上的控制面板的收集燈報(bào)警時(shí)，更換糞便收集袋即可。收集下來(lái)的糞便處理物已成為有機(jī)肥的基肥(見(jiàn)圖2)，沒(méi)有臭味，完全達(dá)到安全排放的標(biāo)準(zhǔn)，可作為普通垃圾處理，也可由公司統(tǒng)一安排回收，經(jīng)配比后成為有機(jī)肥或土壤改良劑。這樣既節(jié)省了地面配套設(shè)施購(gòu)置費(fèi)用、也省下了清掏運(yùn)輸費(fèi)用及人工成本。

圖2 糞便經(jīng)脫水及無(wú)害化處理后的形態(tài)

基于以上分析和比較，最后神維分公司決定與上海伊潔共同研發(fā)干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間。

3 干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間試用情況

2013年9月，神維分公司引進(jìn)1臺(tái)干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間，以肅寧工務(wù)機(jī)械段清篩一隊(duì)為試點(diǎn)，在山西省相關(guān)的工作區(qū)域進(jìn)行為期1個(gè)月的試用。

移動(dòng)衛(wèi)生間通過(guò)頂部和底腳固定放置于車列的NX70A型平板車上(見(jiàn)圖3)，使用宿營(yíng)車220V臨車供電系統(tǒng)進(jìn)行交流供電，環(huán)境溫度為15℃上下，未提供水源。

圖3 干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間試用現(xiàn)場(chǎng)

試用期間上海伊潔與肅寧工務(wù)機(jī)械段清篩一隊(duì)組織專人對(duì)戶外型“無(wú)害化、資源化”干式衛(wèi)生間進(jìn)行跟蹤管理，清篩一隊(duì)在第一時(shí)間排出值日表，按要求連續(xù)檢查和記錄使用狀況。自9月25日晚投入使用至10月23日停止，每天累計(jì)使用人次不少于60人，順利完成了為期1個(gè)月的試用任務(wù)。干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間的使用，方便了職工生活，同時(shí)消除了部分危險(xiǎn)源，受到職工的歡迎;站區(qū)環(huán)境得到改觀，得到鐵路公司站區(qū)的充分肯定。

經(jīng)過(guò)為期1個(gè)月的試用，為了適應(yīng)清篩隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)的需求，以下幾個(gè)問(wèn)題需要加以改進(jìn):

(1)因現(xiàn)場(chǎng)人員在野外施工，回到駐地再進(jìn)行小便的情況較少，衛(wèi)生間設(shè)備缺少處理后的尿液，致使使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)缺水現(xiàn)象，需手動(dòng)加水。

(2)使用時(shí)如廁人員對(duì)干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間的操作方式不熟悉，錯(cuò)誤按壓處理按鈕次數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致系統(tǒng)的自保電路啟動(dòng)，只出水沖洗便器，糞便無(wú)法吸入至處理裝置降解，導(dǎo)致衛(wèi)生間堵塞。

(3)壓縮機(jī)噪聲過(guò)大，啟動(dòng)較頻繁，因?yàn)槁毠ば菹⒌乃逘I(yíng)車內(nèi)環(huán)境較為安靜，不利于上車使用。

(4)小便處理系統(tǒng)不夠完善，經(jīng)常在大小便同時(shí)排放時(shí)導(dǎo)致大便噴出，地面污物嚴(yán)重。

(5)因設(shè)備使用期間為9～10月，周圍環(huán)境溫度未降至零下，所以對(duì)于設(shè)備低溫性能情況未進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

(6)衛(wèi)生間內(nèi)仍存在部分氣味未排除的情況，不適合立即安裝到宿營(yíng)車內(nèi)使用。

4 性能改進(jìn)

針對(duì)設(shè)備在使用過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，技術(shù)人員對(duì)干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間進(jìn)行了性能改進(jìn)。主要改進(jìn)措施有以下幾點(diǎn):

(1)排風(fēng)扇加裝百葉窗，功率加大，滿足排風(fēng)量100L/min的要求，同時(shí)加裝室內(nèi)空氣凈化器，進(jìn)一步提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。

(2)設(shè)備采用的是高速離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)，用以實(shí)現(xiàn)糞便的輸送和攪拌，在高速氣流的作用下，氣流會(huì)形成一定的噪聲，擬采用加裝吸聲裝置和消聲器的措施，將負(fù)壓風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)氣流噪聲控制在65dB內(nèi)。

(3)污水處理裝置效能不足的主要原因是由于在大便多、小便少的特殊狀況下，工作一定時(shí)間后糞便中的膠質(zhì)蛋白在分離器表面形成一層薄膜，堵隔分離器通道，造成濾過(guò)通量減小，使得尿液和污水處理不及。改進(jìn)措施是調(diào)整粉劑配方，強(qiáng)化破壞膠質(zhì)蛋白膜的能力，并在分離器前段加裝膠質(zhì)蛋白過(guò)濾器。

(4)加裝水箱注水和泄水裝置，用于方便補(bǔ)水和冬季停用水箱排空。加裝水位顯示裝置，采用聲光報(bào)警提示。

(5)現(xiàn)裝備室內(nèi) 0．5kW 暖風(fēng)裝置，管路100W伴熱系統(tǒng)，考慮現(xiàn)場(chǎng)野外氣溫較低，需滿足-30℃環(huán)境溫度要求，采取提高暖風(fēng)裝置及伴熱系統(tǒng)總功率至2．5kW的改進(jìn)措施。

2014年11月，由神維分公司到廠內(nèi)對(duì)經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間進(jìn)行了單臺(tái)試驗(yàn)，試驗(yàn)效果達(dá)到了預(yù)期要求，解決了試用期間提出的問(wèn)題。目前，改進(jìn)后的產(chǎn)品已逐步推廣配置到神維公司相關(guān)的工作區(qū)域內(nèi)，包括河北、山西、內(nèi)蒙等地。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，現(xiàn)場(chǎng)使用人員對(duì)干式移動(dòng)衛(wèi)生間的產(chǎn)品特點(diǎn)及使用方式有了認(rèn)知，反映改進(jìn)后的設(shè)備大大提高了設(shè)備的可靠性和適用性，可以滿足宿營(yíng)地職工的日常使用，解決了長(zhǎng)久以來(lái)的如廁問(wèn)題。同時(shí)，配備干式衛(wèi)生間為使用單位節(jié)省了污物處理費(fèi)用，改善了職工的工作環(huán)境。

5 結(jié)論

干式移動(dòng)生化衛(wèi)生間采用人性化設(shè)計(jì)，功能齊全使用方便，工作狀態(tài)的穩(wěn)定可靠，且較好地解決了糞便無(wú)害化處理。產(chǎn)品規(guī)?；褂脤氐赘纳剖┕ぷ鳂I(yè)駐地糞便對(duì)環(huán)境造成的污染，產(chǎn)生的糞肥可以進(jìn)行收集利用，不僅節(jié)省了處理糞便所產(chǎn)生的部分費(fèi)用，且能達(dá)到廢棄資源循環(huán)再利用，形成新的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。無(wú)論在移動(dòng)的運(yùn)輸設(shè)備，城鄉(xiāng)固定衛(wèi)生間抑或臨時(shí)衛(wèi)生間，都有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 馬如中，何麗君，張百祁，等．膜分離技術(shù)在船用生活污水處理裝置上的應(yīng)用［J］．船海工程，2010，39(6):4-6．