旅客列车卫生间发展及展望

旅客列车卫生间发展及展望1、最早期的列车卫生间1814年，英国人斯蒂芬孙发明火车，1825年，第一列客运列车在英国通车，在客运列车投入使用之后很长的一段时间内，列车上都没有设置卫生间，旅客只有等到列车到站停靠后，才能下车到车站卫生间上厕所，然后再重新登车；这种情况下，有时候旅客尚未方便完毕，列车就要出发了，时常造成漏人问题，或者是影响列车不能正点开行，使得列车运行秩序非常混乱。从19世纪七十年代后期起，开始逐步在旅客列上安装卫生间，最初的卫生间安装在车厢的中部，且其使用时间与现在的直排式卫生间相反，即列车运行时卫生间关闭，列车到站停止后，首先将卫生间的排便管与车站上的污水池连接好，然后才开放卫生间，于是每当列车快要进站时，卫生间外面便排起了长长的队伍，这时虽然避免了漏人现象的发生，但是列车正点的运行还是难以得到保证。如上所述的最早期的旅客列车，因为社会发展阶段以及列车技术原因，仅仅在一些当时比较发达的城市间开行，旅程还比较短，以上两种旅客如厕的方式，是与当时的发展环境相适应的，基本上能满足旅客的需求；并且可以看出，这两种旅客如厕的方式，不会造成铁路沿线的污染，比后来一直沿用到现在的直排式列车卫生间更为卫生和环保。2、沿用至今的直排式列车卫生间从20世纪初期开始，随着社会的发展，人们社会交流越发的紧密，列车技术也在不断进步，通车里程在延伸，甚至延伸到一些人烟比较稀少的地区，出于对旅行效率以及站点延长后旅客如厕的需要，以往旅客只能在站点上卫生间的情况已不能满足铁路运输整个大环境的需要，旅客需要在旅途中方便的如厕，而又不能影响到列车的运行以及站点的设置，这时就发展了直排式列车卫生间。2.1最初的直排式卫生间最初的直排式卫生间与前面提到的在列车上设置的卫生间基本相同，主要的不同在于使用时间的规定，即列车运行过程中卫生间开放使用，到站后关闭，以避免旅客粪便污物污染车站；这种直排式卫生用一根管子直接将旅客的粪便污物排放到路轨上，对铁路沿线造成了很大的污染，特别是列车运行时，排泄出来的粪便污水的飞溅非常严重，甚至直接影响到车上乘客的卫生和安全。2.2安装了导便筒的直排式卫生间鉴于最初的直排式卫生间粪便污水排放时飞溅现象非常严重，后来人们对此专门进行了研究，发明了一种导流装置，也就是现在列车直排式卫生间上广泛使用的导便筒，其结构如右图：由图可以看出，导便筒巧妙的利用了列车运行时产生的相对水平气流，使水平气流从导便筒导流腔的侧面入口流入，在导流腔内，水平气流被转换成竖直气流，从导流腔的下部出口排出，此时如果导便筒内有污水正在排放，污水就会在气流的带动下竖直往下排放，大大减少了粪便污水的飞溅。为了减少粪便污水的飞溅，日本还曾将客车导便筒的导流腔下部加橡胶滴流管罩并将其加长伸至离轨面30mm处，以解决飞溅污染。2.3加装排泄阀的直排式卫生间加装排泄阀的直排式卫生间是直排式卫生间和集便器式卫生间之间的一种过渡形式，随着列车运行速度的不断提高，对列车的密封性也提出了更高的要求，而敞开式的排便管路已不能满足这一要求，一方面，在列车快速运行时，敞开式的排便管路造成了列车内外部的较大幅度的气压波动，这种波动会造成乘客的不适感并且会使已污染气流上返，另一方面，快速运行的列车其行走部分产生的巨大噪音也容易通过敞开式的排便管路传到车厢内。1997年，我国铁路第一次大提速，新造25K客车上普遍装用了脚踏冲便机构卫生间，该机构主要包括脚踏阀、作用轴、连杆机构、翻板排泄阀等，使用时，用脚踩踏脚踏阀的踏板，水即开始冲洗便器，同时，踏板作用于下面作用轴，通过连杆机构，打开翻板排泄阀，水将污物通过排泄阀冲洗掉，松开脚踏阀踏板后，翻板排泄阀在重锤作用下关闭；这种卫生间对降低列车快速运行带来的车外噪音及抑制车厢内的气压波动起到了一定作用，但该机构密封效果并不是很好，并且冲洗水没有经过增压，冲洗时需要耗费很多的水，还经常冲洗不干净。1998年，我国铁路客车引进了国外的水封气动冲水便器—美国Microphor便器，这种便器主要利用压缩空气通过气水联动阀控制排泄阀开闭，通过电动水泵给水加压，实现压力冲水，彻底解决了卫生间密封问题，对降低客车车厢噪音，改善卫生间内环境起到了很大作用；同期中国铁路还引进了美国T＆T便器，该便器不用电，为全气控系统，利用压缩空气给水加压，并控制排泄阀的开闭，也取得了不错的效果。2.4直排式卫生间存在的问题装备直排卫生间的旅客列车在进站后，会锁闭卫生间门暂停卫生间的使用，这一点让乘客颇有怨言，特别是对于有些内急的乘客，感受更为直接和强烈。直排及飞溅的粪便污水对铁路设备造成严重的腐蚀，在直排式卫生间安装了导便筒后，虽然一定程度上抑制了粪便污水的飞溅，但并不能从根本上解决飞溅问题，特别是在旅客列车进入高速时代后，其飞溅的影响更为严重，转向架上、车体底架上都是飞溅重灾区，车厢的较高处也能受到飞溅的影响，只是用肉眼不易觉察，1997年，铁路有关部门在进行提速车试验时，在不同时速时往卫生间便器内倾倒不同色彩的仿真污物，随着速度的不断提高，这些防真污物可以飞溅到玻璃窗上、窗户上部、甚至飞溅到车顶上，在列车高速交会和通过隧道时，强大的气流能将粪便污水雾化，弥漫覆盖整个列车；路轨和列车设备在被粪便污水污染后，会加剧这些设备的腐蚀，降低其使用寿命，从而增大了铁路运输的成本及造成材料和设备的浪费。直排及飞溅的粪便污水能传播疾病，对铁路工作人员的身心健康造成严重伤害，尤其是对线路建设和维护人员造成人身污染更为直接；对车站及车辆段铁路工作人员的危害不是很直观，但潜在的危害也不容忽视；另外直排及飞溅的粪便污水还影响到铁路沿线的环境，甚至沿线居民的身心健康，特别是在有疫情发生时，危害尤其严重，会对疫情的发展起到推波助澜的作用。3、密闭集便式列车卫生间随着社会的进步，人类物质生活和精神文明水平的提高，国家和地方对铁路环境保护要求的日趋严格，鉴于直排式卫生间存在的如上所述的问题，迫使国内外铁路逐渐减少、甚至淘汰客车的直排式卫生间，发展新型的符合环保要求的密闭集便式卫生间。3.1国外密闭集便式卫生间的发展国外密闭集便式卫生间的研究大致从五十年代开始，自上世纪60年代起各国先后试用过的密闭集便式卫生间类型有：粉碎式、电力杀菌式、车上焚烧式、循环式、生化处理式、压力水冲洗式、真空式等。现分别叙述如下：3.1.1粉碎式卫生间日本铁路于1960年2月，在153系东海型电动车开始安装粉碎式污物处理装置，后来又在其它车上进行了小批量推广。该处理装置的原理是将粪便临时集存，在将粪便粉碎成泥状的同时，投放化学药剂，使粪便消毒、脱臭，再在一定车速范围内向车外排放。它有一套电控系统，有电动粉碎刮板，有投放化学药剂消毒脱臭系统。所以机构较复杂，电动机和刮板往往发生故障，而且药剂中和不全时有臭味，消毒也不彻底，特别是因为飞溅问题，而引起电器系统绝缘不良，从而限制了它在车上的运用。3.1.2电力杀菌式卫生间美国铁路为了防止客车卫生间污染环境，于70年代曾使用过电力杀菌式卫生间，当列车速度小于40km/h时，粪便自动储存，而当车速超过这一限额时，粪便排向轨道。这种产品现已逐渐淘汰。3.1.3车上焚烧式日本研制的尚处于试验阶段的这种污物处理装置，采取了在车上焚烧污物的方式，该装置将卫生间排放的粪便污水首先积存于一个暂存箱内，污物（污水）积存到一定量时，被水位传感器检测到，使水泵自动启动，通过过滤器，将污物（污水）送入处理装置中的焚烧锅内，在这里被加热到200℃，水分变成水蒸汽，被送入热交换器内，并在这里被冷却。仍然伴有恶臭的冷却水被送入调整槽内；调整槽内的蒸馏水混入氧化促进剂后，被送入脱臭用氧化燃烧装置内。在这里进行有机物的氧化燃烧，并被分解成无臭无害的水和极少量的盐；去除有机物的蒸馏水，再被送入焚烧锅内，蒸发后被排入大气中。焚烧锅内残留的固体物，在锅的温度上升到400℃后被完全焚烧成为白色灰烬。此灰烬的体积约为原污水的1‰。该装置的缺点在于系统复杂，成本高，耗能高，维护困难，实用价值有待于进一步考验。3.1.4循环式卫生间此系统最早是由美国Monogram公司为航空运输而开发的，在飞机上得到了广泛的应用。法国国铁高速列车(TGV)上有近千辆车也在用。另外还推广到了日本、韩国和台湾地区的铁路系统中。循环式卫生间大致又分为电动循环式和气动循环式两种。日本主要采用电动循环式卫生间，美国、法国等主要采用气动循环式卫生间。二者的不同之处在于冲洗液的增压方式不同，一个采用电泵，一个采用压缩空气。其工作原理是在其下方的集便箱内加入约1/3的清水，边收存排泄物边过滤箱内水，反复循环使用。所使用的药液为一种蓝色药水，这种药液一是为了除臭，二是为了防止粪便分解。它是靠重力将污物输送到污物箱，然后分离固体污物。液体污物需与药液混合过滤后再用于下一次冲洗。循环式卫生间的优点是：⑴用水用电量很小，重量较轻。⑵由于冲洗用水循环使用，不需列车再供应水。其缺点是：⑴不够经济。因为有药剂的消耗，提高了运营成本。⑵不方便。需定期添加药剂，给工作增加麻烦。⑶长期使用会有臭味。使用在污物箱中与排泄物混合在一起的水作为清洗水，难免在冲洗便器时使室内充满臭气。虽然为克服这种臭味，采取了多种措施，但均见效不大。⑷对环境保护不利，增加排污后处理的难度。因污物中含有化学药剂，需建立污水再处理设备，增加了工程量、工程费及占地面积。因此这种循环式卫生间正处于逐渐被淘汰之列。3.1.5生化处理式卫生间3.1.5.1带生物作用处理箱的净水冲刷式卫生间这种卫生间可以进行粪便污物的处理和消毒，卫生间排出的污物被导入一个由“巨杉树皮”或“红松树皮”组成的过滤床，固体滞留在过滤床上，由床下的微生物将粪便分解成水和二氧化碳。二氧化碳通过排风口排出。液体流经氯化区，杀菌消毒后从排水口排出。不可分解的污物滞留在过滤床上，再随时以机械方法消除。这种带有生物作用处理箱的净水冲刷卫生间，在法国、美国、日本试用过，但均未推广应用。3.1.5.2生化式卫生间生化式卫生间的工作原理是利用好气性微生物(细菌)的活动作用。在净化槽底部富有细菌生存的“活性污泥”，用强力风搅拌、曝气，使之活性化，以分解处理排泄物，达到净化的目的。污水无需再作处理就可以直接排放。约在6年前，日本在651系“超日立号”上曾做过装车试验。生化式卫生间的优点是：直接在车上进行污物处理，使其分解为可以直接排放的污水；排污时间间隔较长，提高了车辆的使用效率，减少了粪便中细菌的扩散。其缺点是：微生物对工作环境的温度要求比较严格，耗电量大，能源损耗也大。3.1.5.3生化循环式卫生间这种装置是利用微生物对污物的分解作用和高分子凝聚剂的沉淀作用，同时对污物进行净化和固、液分离，达到净化的水质再循环利用。根据装置的容积，一般3～5天内排放一次经净化达到标准的污液。生化循环式卫生间的优点是：此系统为循环式与生化式的再接合，节水，污物箱不需要每天排空，车辆的使用效率提高；在车上对污物进行处理，减少了车下对站场的改造工作量。缺点是：微生物为好气性的微生物，所以系统中必须保有固定的温度，固定的空气流动，否则微生物有死亡的危险。3.1.6压力水冲洗式卫生间这种卫生间通过巧妙的设计马桶内壁，达到使用较少的压力水将便池冲洗干净的目的，通常情况下使用的水量为0.5～3升水左右。便器与污物箱之间通过翻板或球阀打开，污物排放到污物箱。翻板或球阀的开闭基本是由压缩空气控制。3.1.7真空式集便装置卫生间真空集便装置于1979年由JoelLiliendal最先发明，在飞机、火车、轮船以及建筑方面得到了广泛的应用。它的特点是冲洗使用的水少，污物箱的安装位置较随意。真空集便装置不仅在既有线旅客列车上采用，而且在不少高速列车上发挥作用。美国、日本、瑞典、丹麦、韩国以及德国ICE、法国的TGV高速列车均采用真空密闭式卫生间。真空式集便装置的代表产品主要是瑞典EVAC公司的2000P型气控真空保持式集便器、2000E型电控间歇真空式和美国Monogram公司的电控真空推拉式集便器。这两家公司的产品在国际上使用比较广泛，在各自类型的便器上技术上皆处于领先水平。另外