一种列车用真空污水生物降解污物箱装置论文和设计-魏明吉

全文摘要

本实用新型涉及一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，包括污物箱和控制系统，所述污物箱内具有相互连通的生物预处理室及高级氧化室，所述生物预处理室用于对污物进行初步降解，将污染物指标控制在初级标准范围内，所述高级氧化室用于对经过预处理后的水中污染物进行彻底氧化分解，将污染物指标控制在排放标准范围内直接排放路轨。本实用新型实现污水和污物的在线处理，处理之后的水满足直排标准随车排放至路轨，固体物由站点定期清理，不但不会污染周边环境，还可延长站点清污作业周期，在有限的空间内发挥最大限度的处理能力。

主设计要求

1.一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，包括污物箱和控制系统，其特征在于：所述污物箱内具有相互连通的生物预处理室及高级氧化室，所述生物预处理室用于对污物进行初步降解，将污染物指标控制在初级标准范围内，所述高级氧化室用于对经过预处理后的水中污染物进行彻底氧化分解，将污染物指标控制在排放标准范围内直接排放路轨；所述生物预处理室内具有依次连通的生物培养室及生物接触室；所述生物培养室用于固体和液体分离，固体物被截流在生物培养室内，液体流入生物接触室，在所述生物培养室内安装有上下两层滤网，在下层滤网与上层滤网之间填充有填料，所述填料上附着有厌氧高效菌种；所述生物接触室内具有依次连通的缺氧区、好氧区和超滤膜组区，在缺氧区和好氧区内安装有生物填料及曝气管，处理后的水流入所述超滤膜组区；在所述超滤膜组室内安装有MBR滤膜组件及集水管路，处理后的清水进入所述高级氧化室；在所述高级氧化室内安装有多组电解装置和电源模块，每组电解装置以串联的形式与电源模块连接。

设计方案

所述生物预处理室内具有依次连通的生物培养室及生物接触室；

所述生物培养室用于固体和液体分离，固体物被截流在生物培养室内，液体流入生物接触室，在所述生物培养室内安装有上下两层滤网，在下层滤网与上层滤网之间填充有填料，所述填料上附着有厌氧高效菌种；

所述生物接触室内具有依次连通的缺氧区、好氧区和超滤膜组区，在缺氧区和好氧区内安装有生物填料及曝气管，处理后的水流入所述超滤膜组区；在所述超滤膜组室内安装有MBR滤膜组件及集水管路，处理后的清水进入所述高级氧化室；

在所述高级氧化室内安装有多组电解装置和电源模块，每组电解装置以串联的形式与电源模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，其特征在于：安装在所述生物培养室内的填料为陶粒填料，所述陶粒填料自下而上按粒径不同由大至小分为多层。

3.根据权利要求2所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，其特征在于：所述陶粒填料由下至上分成三层，每层的粒径为10mm，5mm，3mm。

4.根据权利要求1所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，其特征在于：所述生物接触室内安装的生物填料为聚氨酯生物填料，投加高效菌种培养生物膜。

5.根据权利要求4所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，其特征在于：所述高效菌种由驯化的硝化菌、反硝化菌及芽孢杆菌组成。

6.根据权利要求1所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，其特征在于：在所述超滤膜组区设置有高位液位开关、低位液位开关及警戒液位开关，超滤膜组区的液位达到高位液位开关时控制排水，达到低位液位开关时控制停止排水，达到警戒液位开关时报警提示。

7.根据权利要求1所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，其特征在于：在所述集水管路上设置有用于检测MBR滤膜组件内外压差的负压表，所述负压表连接压差报警装置。

8.根据权利要求1所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，其特征在于：所述电解装置由多块交替布置的钛基电极板构成。

9.根据权利要求1所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，其特征在于：所述污物箱上设置有用于冲洗污物箱的高压冲洗阀、冲洗排水阀及用于加药清洗污物箱的加药清洗阀。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，特别涉及一种列车用真空污水生物降解污物箱装置。

背景技术

目前，高铁及动车组列车的便器污水是通过真空集便系统收集到车下污物箱中。由于列车运行中污物箱只收集不排放废水，客运高峰期经常会出现污物箱满溢，导致真空便器暂停使用的情况，给旅客带来不便。污物箱中的废水必须每天由地面工作人员进行抽运，废水经化粪池预处理后，进入市政管网，统一由污水处理厂进行处理排放。不仅耗费大量人力物力，而且工作环境差，对工人的健康带来不利影响。

现有的在线污水处理装置大多是理论上可以实现，而实际上列车污水污染物浓度高，COD、氨氮、悬浮物含量高，虽然B\/C比在0.5左右(可生化性较好)，但C:N:P 营养比严重失衡，常规的厌氧及好氧生化处理采用的菌种及填料在这样恶劣条件下受到抑制，难以进行正常的生命活动，甚至无法存活，其对污水的处理量和处理能力相当有限，达不到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的二级标准。而列车污物箱每日的污水量可达600L，在国内铁路网密集发达，且穿过核心城区的环境下，即使对出水进行足够的杀菌消毒处理，也不可否定其日积月累对周边人、大气、水等生态污染。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是，提供一种既可保证出水水质满足直排标准，又可大幅提高污水处理能力的列车用真空污水生物降解污物箱装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，包括污物箱和控制系统，所述污物箱内具有相互连通的生物预处理室及高级氧化室，所述生物预处理室用于对污物进行初步降解，将污染物指标控制在初级标准范围内，所述高级氧化室用于对经过预处理后的水中污染物进行彻底氧化分解，将污染物指标控制在排放标准范围内直接排放路轨；

所述生物预处理室内具有依次连通的生物培养室及生物接触室；

在所述高级氧化室内安装有多组电解装置和电源模块，每组电解装置以串联的形式与电源模块连接。

进一步，安装在所述生物培养室内的填料为陶粒填料，所述陶粒填料自下而上按粒径不同由大至小分为多层。

进一步，所述陶粒填料由下至上分成三层，每层的粒径为10mm，5mm，3mm。

进一步，所述生物接触室内安装的生物填料为聚氨酯生物填料，投加高效菌种培养生物膜。

进一步，所述高效菌种由驯化的硝化菌、反硝化菌及芽孢杆菌组成。

进一步，在所述超滤膜组区设置有高位液位开关、低位液位开关及警戒液位开关，超滤膜组区的液位达到高位液位开关时控制排水，达到低位液位开关时控制停止排水，达到警戒液位开关时报警提示。

进一步，在所述集水管路上设置有用于检测MBR滤膜组件内外压差的负压表，所述负压表连接压差报警装置。

进一步，所述电解装置由多块交替布置的钛基电极板构成。

进一步，所述污物箱上设置有用于冲洗污物箱的高压冲洗阀、冲洗排水阀及用于加药清洗污物箱的加药清洗阀。

综上内容，本实用新型所述的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，实现了污水和污物的在线处理功能，通过生物降解预处理及高级氧化深度处理等各工艺步骤的合理组织，确保在列车运行状态下，每日可处理水量达到600L，固体物质被截留储存，处理后的水完全满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中二级标准，水可随车排放至路轨，固体物由站点定期清理。本实用新型不但在有限的空间内发挥了最大限度的处理能力，确保水处理效率和质量，解决了常规处理方式处理量低，处理效果差的缺陷，而且延长了站点清污作业周期，省去原有地面处理系统，减轻后端处理厂的荷载，同时也不会对周围环境和地质造成生态污染，可完全满足列车在线运行的要求，实现真正在列车上进行应用。

本实用新型可用于高铁动车、普通车速的列车，可用于真空集便系统或重力式系统收集的污水处理。

附图说明

图1是本实用新型系统结构示意图；

图2是图1中污物箱的俯视图。

如图1和图2所示，污物箱1，压力气源2，第一隔板3，生物培养室4，生物接触室5，高级氧化室6，下层滤网7、上层滤网8，进污口9，厌氧填料10，高压冲洗阀11，加药清洗阀12，冲洗排水阀13，第二隔板14，缺氧区15，好氧区16，超滤膜组区17，第三隔板18，生物填料19，曝气管20，防冻清排污阀21，回流管22，加热盘23，滤膜组件24，抽吸泵25，电解装置26，负压表27，95％液位开关28，80％液位开关29， 70％液位开关30，溢流管31，吊耳32。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

如图1和图2所示，本实用新型提供的一种列车用真空污水生物降解污物箱装置，包括污物箱1和控制系统。洗水盆、便器等设备排放的废水和污物均流入污物箱1，在污物箱1的顶部四角设置有吊耳32，通过吊耳32将污物箱1吊挂在车体底架的下方。

污物箱1内具有相互连通的生物预处理室及高级氧化室6，生物预处理室及高级氧化室6之间通过第一隔板3分隔。生物预处理室用于对进入污物箱1内的污物进行初步降解，将污染物指标控制在初级标准范围内，该初级标准为高级氧化的进水标淮，其标准范围为将水中主要指标控制在COD在1000mg\/L以下，氨氮含量在600mg\/L以下， SS在50mg\/L以下，pH值在6-9之间，确保水质符合高级氧化处理的进水要求。高级氧化室6为核心处理工艺，用于对经过预处理后的水中污染物无选择性的进行彻底氧化分解，将污染物指标控制在排放标准范围内直接排放路轨，该排放标准为 GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中二级标准。

生物预处理室内具有依次连通的生物培养室4和生物接触室5，生物培养室4和生物接触室5之间通过第二隔板14分隔。

生物培养室4用于固体和液体分离。废水和污物首先进入生物培养室4，固体物(如手纸、硬质杂物等)被截流在生物培养室4内，液体流入生物接触室5，截下的固体物定期到站点清理排放。

本实施例中，在生物培养室4的底部设置进污口9，生物培养室4内安装有上下两层滤网，在下层滤网7和上层滤网8的中间填充填料10，填料10上附着有厌氧高效菌种。下层滤网7和上层滤网8平铺在生物培养室4内并固定。污水自下而上流经下层滤网7、填料10及上层滤网8，将截流的固体物沉积在生物培养室4的底部，液体在上升的过程中与填料10充分接触。

在第二隔板14的上部设置有栅条形式的流通口，生物培养室4过滤后的液体通过第二隔板14上部的流通口流入生物接触室5。这样生物培养室4形成底部进污，上部排水的结构，不但有利于固体物的沉积以及液体的过滤，保证过滤效率和效果也同时方便生物培养室4的日常检修维护。

本实施例中优选，填料10采用陶粒填料，陶粒填料表面为微孔结构，利于附着厌氧高效菌种。陶粒的粒径自下而上分为大、中、小三个等级，粒径优选自下而上为10mm，5mm，3mm，空隙率≥40％，比表面积≥5000cm^{2<\/sup>\/g，污水依次经过大、中、小三层不同粒径的陶粒填料10，在陶粒填料10上预先投加附着厌氧高效菌种，该高效菌种选用耐受性强、易在极端环境中生存的厌氧(兼氧)菌种组合，利用固定填料10为载体培养由厌氧菌组成的生物膜。污水经过三级填料10时与附着其上的厌氧菌充分反应，完成水解酸化过程，同时高效菌种不断分解截留在填料10表面的有机物质，实现自身更迭换代及污染物的净化，有利于延长生物培养室4的清理周期。当然填料10也可以采用其它有过滤及附着菌种功能的填料。}

在生物培养室4的侧面设有高压冲洗阀11、加药清洗阀12和冲洗排水阀13，该冲洗排水阀13即为生物培养室4的防冻清空阀。在列车的卫生系统运行一定周期后，生物培养室4内两层滤网7、8所截留的固状物需要清理，以恢复其正常的储存及过滤能力，地面压力水与高压冲洗阀11对接，地面卸污口与冲洗排水阀13对接，在压力水的作用下不断冲洗两层滤网7、8，使固状物打散，随冲洗排污口排放到地面卸污口内。高压水冲洗数次后，生物培养室4需要进行一次加药清洗，将清洗剂通过加药清洗阀12加入到生物培养室4内，消除结垢，恢复过滤能力。

生物接触室5具有依次连通的缺氧区15、好氧区16及超滤膜组区17，缺氧区15、好氧区16及超滤膜组区17之间通过两块第三隔板18分隔。生物接触室5用于将液体进行缺氧、好氧微生物处理，去除水中部分COD、氨氮等污染物。降解处理后的水将污染物指标控制在初级标准范围内，确保水质符合高级氧化处理的进水要求。

在缺氧区15和好氧区16内安装有生物填料19，生物填料19在封装污物箱1时放入，在生物填料19上分别附着有厌氧和好氧微生物，用于将液体进行生物降解处理。生物填料19的结构有网状圆柱等形式，作用是为微生物提供附着场地。本实施例中，生物填料19采用多维聚氨酯生物填料，其空隙率≥98％，比表面积≥4000cm^{2<\/sup>\/g。在生物填料19中预先投加并培养高效菌剂，优选高效菌种由驯化的硝化菌、反硝化菌及芽孢杆菌组成，在营养比不均衡的污水中可保持较高的生物活性，菌种在生物填料 19内形成稳定的生物膜，用于降解水中COD和氨氮等污染物。}

在缺氧15区和好氧区16的底部敷设有曝气管20，曝气管20与压力气源2连接，在曝气管20上设置有2排出气孔(图中未示出)，出气孔与竖直方向呈45°角。曝气管 20管用于给缺氧15区和好氧区16曝气。在缺氧区15内曝气用于进行搅拌混合，使气体与液体充分结合，利于生物反应的顺利进行。在好氧区16内曝气用于提高溶解氧含量，将DO指标控制在4-5mg\/L之间。

缺氧区15和好氧区16之间的液体流通口设置在第三隔板18的底部，缺氧区15内的液体通过第三隔板18底部的流通口流入好氧区16。好氧区16和缺氧区15的底部通过回流管22连通，在回流管22上安装回流泵(图中未示)，好氧区16内的活性污泥定期按照设定的回流比例由回流泵输送至缺氧区15的前端，用于形成污泥回流，继续进行厌氧、好氧的生化处理。

生物接触室5的箱体底部设有加热盘23，并配备温控系统，以保证液体室5维持好氧微生物适宜的生存温度，在冬季低温环境下，加热盘23可以保证液体室5内水温为15-30℃之间。在生物接触室5的顶部设有溢流管31，在进行曝气时维持设备内外气压的正常，以及在管路堵塞或水因异常而溢满时，设备内的水可以及时逸出。

好氧区16与超滤膜组区17的液体通过之间的第三隔板18顶部的流通口(图中未示出)流通。在超滤膜组区17内安装有MBR滤膜组件24，每一膜组件由若干束 MBR(MembraneBio-Reactor膜生物反应器)组成，MBR滤膜组件24不限于平板膜、中空纤维膜等，用于实现泥水分离。超滤膜组区17内配套有集水管路，各MBR滤膜组件 24的一端并联连接集水管路，在集水管路上设置抽吸泵25，经MBR滤膜组件24过滤后的清水由抽吸泵25抽送至高级氧化室6中。

在不断曝气的条件下，抽吸泵25通过管道在MBR滤膜组件24和集水管路内产生负压，实现超滤膜组区17的泥水分离，较清的水进入高级氧化室6。在抽吸泵25前端的管路上安装有负压表27，用于检测MBR滤膜组件24的内外压差，在超过设定值后报警，提示MBR滤膜组件24异常，系统无法正常运行。

生物接触室5的超滤膜组区17的侧壁设置有警戒液位、高位液位、低位液位，本实施例中，警戒液位为95％液位开关28、高位液位为80％液位开关29，低位液位为70％液位开关30，用于检测超滤膜组区17内液体的液位，用以控制MBR滤膜组件24的启动和停止。当95％液位开关28动作时，提示抽吸泵25异常，系统无法正常运行。当80％液位开关29动作时，控制抽吸泵25启动，将水抽送到高级氧化室6中，深度处理后排放。当生物接触室5的液位降低至70％液位开关30时，控制抽吸泵25停止工作，此时生物接触室5不进行排水。

本实施例中，在高级氧化室6内安装多组电解装置26和电源模块，优选安装4组电解装置26。每组电解装置26由多块交替布置的钛基电极板构成。钛基极板厚度2mm，极板间距5-10mm。极板尺寸为300×400mm，其中阳极表面镀有钌铱涂层。每组电解装置26有一对正负接线柱，以串联的形式与电源模块连接。电源模块为24V，200A直流电源，正常运行时电极板的电流密度控制在200A\/㎡。

高级氧化步骤是利用电解装置26电解产生的羟基自由基、次氯酸根等强氧化性物质，无选择性的彻底分解氧化污染物，电解装置26具有较强的污水处理能力，列车运行时，每日可在线处理水量达到600L，完全满足列车运行过程中的污水处理要求，而且出水各指标满足GB18918《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准，可以直接排放路轨，且不会对周围地质环境造成生态污染。

除生物培养室4外，在生物接触室5和高级氧化室6上也均设有防冻清空口，并分别设有防冻清空阀21，防冻清空阀13和防冻清空阀21通过控制系统统一控制。列车需要检修或因其他原因需要防冻清空时，通过控制系统分别控制位于生物培养室4、生物接触室5、高级氧化室6底部的防冻清空阀13和防冻清空阀21开启，将设备内的水清空，以便后续工作。

上述污物箱装置的污水处理方法，具体包括如下步骤：

A、污水和污物首先流入生物培养室4，固体物通过下层滤网7的过滤被截流在生物培养室4的底部，污水依次经过下层滤网7、三层粒径不同的填料10、上层滤网8，过滤后的污水进入生物接触室5，在生物培养室4的填料10中培养由厌氧高效菌种组成的微生物膜，污水与厌氧菌充分反应，完成水解酸化的过程，同时利用厌氧菌分解截留在填料10表面的有机物质，实现自身更迭换代及污染物的净化。

B、初步过滤后的污水依次经过生物接触室5内的缺氧区15、好氧区16和超滤膜组区17，污染物依次经过厌氧和好氧微生物的生物降解处理，再经过超滤膜组区17 内的MBR滤膜组件24实现泥水分离，经MBR滤膜组件24过滤后的清水被抽送至高级氧化室6中，生物降解预处理后的清水满足进入高级氧化步骤的初级标准，生物降解预处理是做为高级氧化系统正常运行的基本条件。

当生物接触室5的液位达到高位80％液位开关29时控制生物接触室5排水至高级氧化室6，当生物接触室5的液位降低至低位70％液位开关30时控制生物接触室5停止排水；当生物接触室5的液位达到警戒95％液位开关28时报警提示。

C、在高级氧化室6内，给电解装置26的电极板施加直流电，通过电极板间的放电，阳极表面产生大量羟基自由基、次氯酸根等强氧化性物质，与水中污染物发生氧化反应，矿化成小分子无机物，同时脱色、杀菌消毒，无选择性的彻底氧化分解污染物。经生物降解预处理后的水，在此区域内进行充分氧化，水中的残余污染物的到充分降解，处理后的水最终排放至路轨。

D、经高级氧化室6处理后的水直接排放至车外路轨上。

该装置将收集的废水经过一系列在线处理工艺，在生物预处理室进行前期预处理，在物理截留作用、水解酸化作用、好氧降解作用等共同影响下，将水中主要指标控制在COD在1000mg\/L以下，氨氮含量在600mg\/L以下，SS在50mg\/L以下，pH值在 6-9之间，目的是为保证后端高级氧化步骤的处理效果和效率。该装置通过设置高级氧化步骤，彻底对污染物进行分解氧化，按每天列车运行12小时计，不但可保证在列车运行状态下，每日可处理水量达到600L，满足污水处理要求，而且处理后的水可满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中二级标准，直接排放路轨，不会污染周边环境，无需存留在污物箱1内，或利用其它设备贮存，可以减少设备的体积、数量，省去原有地面处理系统，减轻后端处理厂的荷载。该方法实现了污水的在线处理，大幅提高了污水处理能力，运行时也不会出现由于污水满溢而需要停止卫生间使用的情况，解决了常规处理方式处理量低，处理效果差的缺陷，同时，该方法实现了固体物质定期清理，延长了站点清污作业周期，清理周期为7-15天，可真正在列车上进行应用。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

设计图

一种列车用真空污水生物降解污物箱装置论文和设计

一种列车用真空污水生物降解污物箱装置论文和设计-魏明吉

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