浅谈动车组零排放排水及卫生系统设计方案

张驰1刘晖2刘玉弟3朱超4李冉5

摘 要：我国高速动车组技术发展迅速，其运营里程已居世界之最。为避免高速动车组污物污水的排放对铁路沿线环境造成污染，设计零排放的排水及卫生系统有着重要的意义。动车组排水及卫生系统的设计遵循了绿色环保理念，实现了零排放。本文介绍了动车组零排放排水及卫生系统零设计方案。

关键词：排水及卫生系统；零排放；污物箱

一、概述

目前，铁路客车粪便污水一般被收集到污物箱中统一处理，而包括客室、餐车洗涤水及旅客洗漱用水等在内的废水一般通过排水导筒直接排至车外。洗涤及洗漱所用的洗涤剂、洗衣粉、肥皂等所含的化学成分对人体健康和环境都有一定程度的危害。例如洗涤剂中大多含有磷，这种洗涤水如果在车辆运行过程中被排放到铁路沿线，长期富集会引起周围土壤成分改变，导致植被的破坏。动车组是我国最新研制的拥有完全自主知识产权的高速动车组，为保证车辆在高速运行中拥有良好的密封性并避免车辆污物污水的排放对铁路沿线环境造成污染，列车排水及卫生系统采用了零排放的设计方案。

二、设计方案

2.1 系统配置

动车组排水及卫生系统采用中转式真空集便系统，系统主要由便器组成、污物箱组成、DTC控制面板、气动控制面板、水增压器组成、真空发生器组成、灰水箱、中转箱组成、车下液位显示装置和冲洗按钮等主要部件组成。各车型系统配置略有不同，各车型配置（不含餐车）如下表所示：

配置类型	不同配置	相同配置
配置一	一个坐式便器组成、一个水增压器组成、一个冲洗按钮	污物箱组成、DTC 控制面板、气动控制面板、真空发生器组成、灰水箱、中转箱组成、车下液位显示装置等
配置二	一个坐式便器组成、一个蹲式便器组成、两个水增压器组成、两个冲洗按钮

2.2系统功能

由系统配置及原理可知，列车污物来源主要是卫生间便器使用而产生的，污水来源主要包括卫生间洗手池、盥洗室洗手池、电茶炉、拖把池等。

（1）卫生间

卫生间便器使用而产生的粪便污物是列车污物的主要来源。旅客使用便器完毕后的污物排放主要包括冲洗便盆并在中转箱中产生真空、排空便盆、便盆二次冲洗、在中转箱中建立压力、排空中转箱等过程。

首先，旅客使用便器完毕后按下冲洗按钮，系统开始执行冲洗流程。压缩空气进入水增压器，冲洗水在压力作用下高效冲洗便盆，同时，中转箱出口阀关闭，真空发生器开始工作，直到中转箱达到设定真空度。当中转箱内真空达到设定值后，便盆排泄阀打开，中转箱出口阀保持关闭状态，便盆内污物在真空的作用下抽吸到中转箱中，然后便盆排泄阀关闭，中转箱出口阀打开。

其次，在便盆排泄阀关闭后，压缩空气进入水增压器，冲洗水在压力作用下二次冲洗便盆。

最后，在便器冲洗次数达到设定值时，中转箱入口阀和出口阀关闭，压缩空气进入中转箱。然后中转箱入口阀保持关闭状态，中转箱出口阀打开，中转箱内的污物在压力作用下排放到污物箱中。如图5所示：

另外，为方便旅客使用便器后洗手，在卫生间中配备有洗手池，旅客洗手产生的污水排放与便器污物排放不同。污物箱中设有专门存放污水的灰水箱，灰水箱在正常情况下为常压状态，卫生间洗手池污水首先通过重力排放至灰水箱，当灰水箱内液位达到设定值时，压缩空气进入灰水箱，在压力的作用下，将污水排放到中转箱中。最后通过中转箱排空过程进入污物箱。

（2）盥洗室

为满足旅客洗脸、洗手等日常清洁需求，车上设有盥洗室。在旅客使用盥洗室洗手池的过程中会产生相应的污水。盥洗室洗手池污水的排放是首先经过过滤器过滤后，通过排水管路排放至灰水箱，当灰水箱内液位达到设定值时，压缩空气进入灰水箱，在压力的作用下，将污水排放到中转箱中。最后通过中转箱排空过程进入污物箱。

（3）电茶炉

在列车运行途中，有不少旅客会饮用电茶炉供水，或使用电茶炉开水泡方便面食品，在使用过程中会产生溢流水、未饮用完的剩水等。另外，电茶炉内设有排空阀，用来排空电茶炉储水箱、加热箱以及管路中的水。同时电茶炉还设有炉内集水盘，当炉内管路发生漏水现象时，可以避免漏水进入客室。

上述旅客使用产生的废水、电茶炉排空水、炉内集水盘废水等的排放均是首先通过排水管路排放至灰水箱，当灰水箱内液位达到设定值时，压缩空气进入灰水箱，在压力的作用下，将污水排放到中转箱中。最后通过中转箱排空过程进入污物箱。（通过排水管路结构设计优化，电茶炉排水管路与盥洗室排水管路连通，共同排放，原理图中未示）

（4）拖把池

为方便乘务人员对车辆进行保洁等工作，在部分车型车上设有拖把池。拖把池产生的污水同样是首先通过排水管路排放至灰水箱，当灰水箱内液位达到设定值时，压缩空气进入灰水箱，在压力的作用下，将污水排放到中转箱中。最后通过中转箱排空过程进入污物箱。（通过排水管路结构设计优化，拖把池排水管路与盥洗室排水管路连通，共同排放）

（5）防冻排空

动车组排水及卫生系统具有防冻排空功能。当系统收到车辆的防冻排空指令或触发 DTC 控制面板上的防冻排空按钮，

系统会按照设定的排空时序自动执行防冻排空程序，将实现净水箱，电茶炉，盥洗室，卫生间、供排水管路等全车给排水及卫生设施的排空。

（6）污物箱排污

污物箱能够输出0、25%、50%、75%和100%共5个液位信号，当内部污物达到相应液位，对应液位传感器输出液位信号并在车下液位显示装置、车上信息显示装置以指示灯方式显示液位信息，其中100%液位指示灯为红色，75%液位指示灯为黄色，其它液位指示灯为绿色。同时，75%和 100%液位还会发送到DTC控制器。液位达到75%但低于 100%时，系统仍可使用；当液位达到100%时，每个便器和灰水箱限用一次后，系统不可用。

因此，当污物箱内液位达到设定值时，以及系统执行防冻排空程序后，需进行污物箱排空，将地面吸污设备连接到污物箱箱体两侧的排污球阀上，即可实现污物箱的排空，便于后续使用。

（7）餐车废水收集

餐车废水的主要来源包括开水炉排水和洗池排水，如图3所示，因餐车废水中含有不少厨余垃圾，所以开水炉排水和洗池排水首先需要利用重力经过过滤盒过滤，然后流入车下废水箱。当废水箱内液位达到设定值时，需进行废水箱排空，将地面吸污设备连接到废水箱箱体两侧的排污球阀上，即可实现废水箱的排空，便于后续使用。

另外，废水箱溢流管设有溢流阀和十字膜片阀，可承受车内外±6000Pa的气压变化。同时，废水箱通气管接入车内废排装置，可以有效的防止异味进入车内。

三、总结

综上所述，动车组排水及卫生系统的设计充分遵循了绿色环保的理念，通过优化排水管路布置，改进DTC控制程序，将卫生间、盥洗室、电茶炉、拖把池等车上所有给排水卫生设施的污物，都通过污物收集系统收集到了污物箱或废水箱中，再通过地面吸污设备对污物箱和废水箱进行排空，实现了污物污水的零排放，有效避免了飞溅的污物对沿线环境的污染，防止了对轨道和车辆零部件的严重锈蚀，保护了铁路沿线环境卫生和人民群众的身体健康。

动车组排水及卫生系统具有较强的通用性和参考性，对其他不同速度等级不同类型的动车组、客车、特种车等都具有参考意义。

参考文献

【1】滕红华，铁路客车节水真空厕所的系统设计，环境科学与技术，2004。

【2】蒋洪强，吴文俊，“十二五”铁路交通环保不容忽视，环境保护，2011。