Z17、Z18次直达列车抽污排放及处理系统的设计

　　摘要：重点介绍现在直达列车的储污装置，地面接收储污装置系统，污物处理系统。
　　关键词：直达列车，抽便装置，污物，自动控制
　　0引言
　　随着铁路科学技术的迅猛发展，环保节能的新型列车也呼之即出，自从2004年4月28日直达列车的开行，铁路的历史又翻开了崭新的一页。新型的直达列车，涵盖了中国铁路的许许多多的新技术、新成果，随之列车配套的系统也相应出炉。在这一次技术革新中，我们担当了Z17、Z18次（长沙至北京）直达列车污物接收、排放、处理的科研设计任务。
　　由于Z17、Z18次直达列车为新型环保列车，它厕所结构和功能与以往的列车的厕所大不一样，首先列车的粪便污水不直接对外排放，其次在大便器下面安装了一个储污箱，容积为0.5立方米，储污箱被自动抽成真空，储污箱四周还有自动加温设备，还有液位显示装置，总而言之，直达列车的厕所更科学、更环保。
　　1列车抽污、排放、处理的工艺设计方法
　　为了能使列车的粪便废水及时顺畅的排出，设计采用了负压原理，进行抽污排放。简单的讲，在地面制作一套地面接收储存装置，利用真空泵将其抽成真空，然后利用管道将地面接收装置与列车对接，对接之后，将列车的集便箱的阀门全部开启，由于列车集便箱与地面接收装置存在压差，这时列车集便箱的废水就从列车集便箱（高压）流到地面接收装置（低压），当列车集便箱的废水全部流入地面接收装置后，地面接收装置恢复常压，粪便废水在重力作用下从储污罐内自流到室外处理池，经室外处理池处理后，排入市政排水管网。工艺流程如下：
　　列车污水地面管道地面储污罐自流污水处理池达标排入市政排水管网
　　设备平面布置图如下：
　　
　　2列车抽污、排放、处理的工艺的技术指标
　　1.排放标准：国家污水综合排放标准GB8978-1996中第二类污染物最高允许排放浓度之一级标准。
　　2.真空负压值：-0.080Mpa~-0.040Mpa。
　　3.抽便排放时间：列车移动时间+抽便时间+储污罐排放时间=3次*3分钟/次+3次*8分钟/次+5分钟=38分钟。
　　4.地面储污罐容积：按照一天一车计算污水量，16车*1M3*1.05（冲洗水量）=16.8M3
　　5.地面化粪池容积：按照一天最高1000人计算，选用13-100A00型化粪池，共100M3。
　　6.A级厌氧池，设计停留时间24h，40M3；A级缺氧池，设计停留时间5h，10M3；O级生化池，设计停留时间8h，16M3；
　　3列车抽污、排放、处理的工艺的技术研究
　　在接到长沙车辆段集便处理工程的任务后，设计对集便工程相关信息进行了搜寻，由于这类工程在国内确无首例，因此设计采用的参数、技术标准只有借鉴国外的资料，并参考有关这方面设备资料，但抽便设备与抽便系统相比，差异相当大。最常见抽便设备如抽便汽车，它常用于民航的机场，它结构简单，灵活方便，投资费用不高。而抽便系统结构复杂，它有长长的输送管道，有地面接收储存装置，有抽空的动力设备，有自动控制系统，有设备房屋及附属设施，它设备固定，投资费用高，施工难度大。其中最难处理的有几点：1.系统的气密性的控制，2.系统的负压值的控制，3.整个系统的自动化控制。
　　本工程还要遵守以下规范及标准：《室外给水设计规范》GBJ13-86，《室外排水设计规范》GBJ14-87，《铁路给水排水设计规范》TBJ10-85，《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-97，《给水排水构筑物施工及验收规范》GBJ141-90，《国家污水综合排放标准》GB8978-1996。
　　3.1材料研究
　　3.1.1管道及法兰垫片
　　整个输送管道采用不锈钢管，这是因为不锈钢管有以下优点：不锈钢在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性能，还具有较高的强度、硬度及耐磨性，能适宜较大的温度范围内工作，具有良好的综合性能。因此，含有腐蚀性的粪便废水，在负压输送的情况下，采用不锈钢管有利于工程的运行管理。而新型材料的塑料管，虽然光洁度比较高，且安装方便，但耐压、耐腐性能远远不及不锈钢管；排水铸铁管虽然耐腐、耐压性能还可以，但机械性能差，脆性高，容易破碎，给施工带来诸多不便；而一般的钢管，虽然价格低廉，但耐腐性能差。因此，采用不锈钢管，有利管道的安装，更有利今后的维护管理。
　　法兰垫片是法兰连接中起密封作用的部件，法兰所用的垫片大多数是用各种非金属板直接下料，也有部分金属垫片，垫片材料的选择，应根据温度、压力、介质的腐蚀性来决定。就金属垫片而言，包括金属平垫片、椭圆形及八角形金属垫片、透镜垫三种，其中金属平垫片，用于光滑式平焊法兰，承受温度、压力较低；椭圆形及八角形金属垫片，多用于梯形槽带对焊法兰，其密封性较好，但制造复杂，要求精度高，价格昂贵；透镜垫，其密封性好，广泛用于高温、高压管道的法兰连接。而非金属垫片较多，大部分耐压、耐温性能较差，容易破裂，但牛筋橡胶垫片抗压性能好，耐温、耐腐蚀性能好，其密封性较好，价格较低廉，特别容易安装及更换。在本工程使用情况看来，其密封性、抗压性能，别的非金属垫片是无法与之相比。
　　3.1.2保温材料
　　根据建筑设计规范，长沙地区室外外露水管须进行保温。考虑输送管道直径大，便于维护，这要求保温材料质量好，安拆方便，防潮隔汽，使用寿命长，耐老化性能好。设计选用了一种新型环保的保温材料-PEF，它是采用吹膜级高压聚乙烯发泡而成，具有非常优良的防潮隔汽性能，即使厚度只有1um的聚乙烯薄膜，也能对水、汽的隔断。它的物理性能好，导热系数为0.0326w/m.k，吸水率为0.0019g/cm2，它安全环保，安全可达到儿童玩具毒性检验标准和食品卫生标准，在使用过程中没有有害微粒及气体产生。它有成形的板材和管材，施工简单，使用方便，外表美光。
　　3.2设备研究
　　3.2.1储污罐
　　储污罐是地面接收设备之一，是用来储藏车上被抽取的粪便废水的设备，粪便废水在储污罐内进行压力转换后，再自流入室外化粪池。对整个工艺来说，储污罐有储藏、转换之功能，因此，设计具体的储污罐要从满足它的使用功能进行。首先确定储污罐的容积，储污罐的容积是根据列车的污水量来确定的。按照长铁总公司现在的情况，一天一列直达车，那么储污罐的容积就要求满足一列直达车一天排放的最大污水量，一列直达车共有18节车厢，其中餐车和邮政车没有设卫生间，其余车辆两头均设置了一个500L集便箱，因此，一天一列车最大污水量为16*（0.5+0.5）=16m3，另加1.05的冲洗水量，那么，储污罐的容积为16*1.05=16.8m3，设计采用两个相同的罐体，每个罐的容积为10m3。其次要预留好进出储污罐各种管道的接口，由于储污罐功能多，进出储污罐的管道也相当多，只有预留好进出储污罐各种管道的接口，才能使列车的粪便废水顺利进出。

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