高速铁路动车组灰水回用系统设计
对京张高速铁路动车组灰水回用系统进行了方案设计和工艺确定，并进行了效益分析。
关键词：灰水回用;物理吸附;碳纤过滤
动车组作为人们主要的出行交通工具，其车上的水资源主要用于饮用、盥洗、便器冲洗等，卫生间洗池的水直接排到车外或收集到污物箱内，一方面容易对环境造成污染，另一方面也会造成水资源浪费。为了提高动车组上有限水资源的利用效率，缓解长交路运行时水资源紧缺的问题，中车长春轨道客车股份有限公司为京张高速铁路(北京—张家口)动车组研发了灰水回用系统。灰水回用后不仅可以保护环境，节省能源，而且可以减少污物箱和清水箱的容积，从而减轻整车质量。
1灰水回用概念
灰水是指排水中未被粪便污染的部分。动车组灰水包括卫生间和盥洗室洗池排水、电热开水器排水。灰水回用是指上述灰水经过处理后可在一定范围内重复使用。回用水的用途有2种：洗漱和便器冲洗。考虑到灰水的处理难度和旅客接受度，同时结合我国当前国情，回用水仅用于便器冲洗。动车组灰水回用系统主要功能是收集洗池、电热开水器产生的灰水，通过过滤净化系统产生回用水，专为集便器系统提供便器冲洗用水。回用水水质应合TB/T3007—2000《铁路回用水水质标准》要求。
2灰水回用系统技术分析
2.1灰水回用处理方案
灰水回用的目的是将动车组上的灰水进行处理后用于便器冲洗，所以色度和浊度是回用水的重要指标。对于浊度的处理方式主要通过过滤器过滤杂质，而对于色度的处理主要通过化学处理和物理吸附2种方式。化学处理需要将灰水调成碱性，加入配比的脱色剂使灰水形成絮状沉淀，然后分离过滤得到回用水。配比前对水质性质、水质水量都要进行精确控制，否则会导致脱色失败，此方案适用于对大型灰水或污水池进行脱色处理。物理吸附主要依靠的是活性炭的吸附效果，活性炭能有效地吸附有色物质，去色、去味，缺点是吸附具有饱和性，需要定期清洗和更换。综合分析了使用环境和调查的灰水水质情况，确定灰水处理方案为：通过过滤棉进行浊度处理，利用活性炭进行物理吸附，去色、去味。
2.2灰水回用工艺流程
灰水回用的工艺流程包含初级过滤、二级过滤、前置碳纤过滤及吸附、后置碳纤过滤及吸附，如图1所示。灰水收集箱设置的多孔网板将箱体内部隔离为2个区域，分为灰水区域、上水区域。多孔网板对灰水进行初级过滤，阻挡果壳、茶叶渣等大颗粒渣滓;二级过滤采用PP棉过滤器，过滤等级为50μm，其作用主要是过滤小颗粒固体废物;前置碳纤滤芯由纤维素及活性炭粉末构成，过滤等级为10μm，具有复合深度过滤和活性炭吸附双重功能，起到去色和去味的作用;后置碳纤滤芯过滤等级为5μm，其作用是进一步进行物理吸附，去色、去味。
2.3灰水回用试验分析
选取已经运行1年以上的京张高速铁路某动车组灰水箱内的灰水，分别测试原水及经过灰水回用系统处理后的回用水水质，结果如表1所示。从表1可以看出，灰水回用系统对灰水中浊度的去除效果显著，平均去除率可达96.4%;对色度的去除率可达68.8%，经处理后的回用水属于优质回用水源，满足TB/T3007—2000标准要求。
2.4灰水回用系统工作原理
京张高速铁路动车组灰水回用系统主要设备包括灰水收集箱、水泵、中水箱、便器水增压器。灰水回用系统工作原理是：通过水泵的吸程和扬程将灰水收集箱中的灰水通过各级处理装置进行过滤和吸附，形成回用水储存至中水箱内，最后流入便器水增压器，供日常便器冲洗使用，实现灰水的再次利用。灰水收集箱内的灰水经过过滤后会残留一定数量的固体杂质，该杂质通过压力或真空进入污物箱。在灰水能够利用的情况下第一时间切换选择灰水，当灰水收集箱内的水量不足时，中水箱与便器水增压器之间的管路处于关闭状态，此时清水箱内的清水将直接注入便器水增压器内，以确保便器有足够的冲洗用水，如图2所示。
3灰水回用系统效益分析
京张高速铁路动车组灰水回用系统有效地增加了车上水资源的利用率，不仅降低了动车组上的清水用水量，而且减少了动车组对污物箱容积的需求。TJ/CL522—2017《CR400动车组真空集便系统暂行技术条件》中规定：每次便器冲洗水量不大于0.5L，每次盥洗室洗手水量不大于0.25L，卫生间洗手水量不大于0.15L。根据该标准要求，以京张高速铁路动车组每天运行10h为例，对以下2种工况的用水情况进行对比计算：(1)工况1。单节车辆包含2个卫生间以及1个盥洗间，卫生间的使用率为5min/次，盥洗间的使用率为5min/次，假定每次如厕都冲洗并洗手1次，所有灰水都收集。(2)工况2。单节车辆包含2个卫生间以及1个盥洗间，卫生间的使用率为5min/次，盥洗间的使用率为5min/次，假定每次如厕都冲洗并洗手1次，只收集盥洗间的灰水。经计算，工况1与工况2单节车辆每天便器冲洗需求水量为：2×10×60/5×0.5=120(L)每天洗手需求水量为：2×10×60/5×0.15+10×60/5×0.25=66(L)因此，在使用灰水回用系统前工况1和工况2的用水需求量为186L。使用此系统后，工况1用水需求量为120L，节水66L，节水率为35%;工况2用水需求量为156L，节水30L，节水率为16%。清水箱和污物箱容积的减少有利于车辆整体布局，可给其他设备留出更多的安装空间;箱体容积减小后质量降低，有利于车辆的轻量化设计，节能减排，减少列车运营成本。对于车站注水与排污来说，在保持现有清水箱和污物箱容积不变的情况下，可以增加注水及排污间隔。
4结束语
研发的灰水回用系统既能够储存动车组上产生的灰水，又能够向集便器系统提供稳定的冲洗用水，自动化和集成度高，并且无需对既有的集便器系统做出改动。灰水回用系统具有节水与减重双重效果，灰水回用是缓解动车组上清水箱容积不足、用水短缺的重要措施。
参考文献：
[1]余春华，刘守城，倪淑梅，等.住宅灰水回用现状及技术研究[J].绿色科技，2014(6)：157-159.
作者：崔婧美 刘俊阳 单位：中车长春轨道客车股份有限公司 国家轨道客车工程研究中心
转载请注明来自：http://www.uuqikan.com/jiaotongyunshulw/21627.html
