CN111573920A - 一种车载吊挂式高浓度污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，属于污水处理技术领域，包括：外壳体，悬挂于列车车体下部，且在外壳体上设置有通过管路两两连接的过滤单元、电催化降解单元以及深度处理回用单元，其中，深度处理回用单元包括：精密过滤器，冷却槽以及回用水箱。通过精密过滤器和冷却槽，保证了电催化后水中残留悬浮物的去除，并解决了电催化后水温较高的问题，实现了“水”的安全回用，另外，过滤单元采用一级滤管过滤，电催化降解单元采用强化电浮选效果，使得过滤单元和电催化降解单元内的结构布局更为紧凑合理，满足列车对车载污水处理装置的空间体积要求。

Description

一种车载吊挂式高浓度污水处理装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种污水处理装置，特别是一种车载吊挂式高浓度污水处理装置。

背景技术

近年来随着动车、高铁列车的快速普及，传统旅客列车的直排式厕所已逐渐被密闭式厕所取代，这种安装了集便器的密闭式厕所将尿液、粪便等污物集中在车厢底部的污箱内储存起来，待列车到达站点整备、检修时由吸粪车或地面接收系统收集。由于污箱的容积有限，在列车正常运行情况下，每天都要在指定的站台或者动车所进行卸污操作，因而污箱卸污就需要消耗大量的人力、物力、财力。

为延长污箱的清污周期，国内的一些科研机构、单位也提出了列车粪便污水在线处理的解决方案，现有专利(CN109205868A)公开了一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，包括能够挂设在列车上的壳体以及设置在壳体内的过滤单元、有机物处理单元。有机物处理单元包括用于分离大分子有机物的泡沫浮选组件和用于分解小分子有机物的电催化组件。泡沫浮选组件包括分别与过滤单元、电催化组件相连接的泡沫浮选槽，在泡沫浮选槽上的泡沫汇集罩，泡沫浮选槽内的溶气水分布管，泡沫浮选槽外的气液混合管路，气液混合管路上的气液混合泵，气液混合泵上的通气管，进液管上的混合器。泡沫汇集罩与过滤单元相连接。混合器上设置有能供捕集剂注入的捕集剂输入口。该车载吊挂式高浓度污水处理装置对污水中的有机物进行分级处理，提高有机物的处理速度，进而延长污物箱的卸污周期。

但上述污水处理装置因单独设置泡沫浮选槽，虽强化了有机物的浮选去除效果，但由于泡沫携水量大，对于泡沫浮选槽的空间大小和高度有较高的要求，故与车载吊挂装置整体要求体积紧凑相矛盾。通过实验研究，泡沫浮选槽的污物去除效果完全可通过强化电催化的电浮选效果得以补足，故存在设计冗余。再者因列车对于冲厕水有循环回用的需求，而上述装置未考虑电催化后水中残留悬浮物的去除，而且经电催化后水温较高及回用水的存储问题，故无法真正实现“水”的安全回用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种工艺设计更为合理，满足列车应用场景需求，能够真正实现“水”安全回用的污水处理装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，包括：

外壳体，悬挂于列车车体下部，且在外壳体内设置有通过管路两两连接的过滤单元、电催化降解单元以及深度处理回用单元，其中，深度处理回用单元包括：

精密过滤器，其进料口通过管件、循环泵与电催化降解单元的出料口相连；

冷却槽，其进料口通过管件与精密过滤器的出料口相连，其进气口通过管件与第三抽风机相连，其排气口通过管件与大气连通；

回用水箱，其进料口通过管件、提升泵与冷却槽的出料口相连，且回用水箱的出料口通过第一增压泵与冲洗马桶通道相连。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，深度处理回用单元还包括一个超声波发生器，且超声波发生器内置于精密过滤器内，用于精密滤芯的清洗，其中，精密过滤器进气口还通过管件与过滤单元相连通，共用一根外部供气管，用于精密滤芯反洗。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，在电催化降解单元与精密过滤器之间还设置一个还原槽，其中，还原槽的进料口通过管件、循环泵与电催化降解单元相连，还原槽的出料口通过管件与精密过滤器相连。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，深度处理回用单元还包括至少一个反渗透组件，其中，该反渗透组件的进料口通过管件、提升泵与冷却槽的出料口相连，该反渗透组件的出料口通过管件与回用水箱的进料口相连。该反渗透组件的浓水排放口通过管件分两路，一路与冷却槽的进料口相连，另一路与电催化降解单元相连。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，在反渗透组件与回用水箱之间的管路上设置有一个计量器，其中，在回用水箱上设置有一个补水通道和一个溢流通道。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，过滤单元、电催化降解单元、深度处理回用单元三者之间采用间歇性工作。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，电催化降解单元包括：反应槽，其进料口通过管件、第二增压泵与过滤单元相连；电催化槽，其进料口通过管件与反应槽的出料口相连，其中，电催化槽的出料口通过循环泵、管件与反应槽相连，且在电催化槽内设置有与直流电源连接的电极板结构；加药箱，通过加药泵、管件与反应槽相连。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，电催化降解单元还包括消泡器，且消泡器的一端与电催化槽相连，消泡器的另一端与内壳体相连，其中，消泡器的进气口通过管件与第一抽风机出气口相连。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，过滤单元包括内壳体，且在内壳体中至少设置有一根滤管，其中，滤管的一端通过冲洗通道的反冲洗管分别与液体冲洗通道和气体冲洗通道相连，滤管的另一端通过第二增压泵、管件与反应槽的进料口相连。

在上述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置中，还包括气体净化单元，其中，气体净化单元包括第二抽风机和气体净化器，且该气体净化器通过管件、第二抽风机与内壳体相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)、通过精密过滤器和冷却槽，保证电催化后水中残留悬浮物的去除，并解决了电催化后水水温较高的问题，保证水质稳定达到铁路回用水标准，实现“水”的安全回用，另外，过滤单元和电催化降解单元通过去除设计冗余，减少设备占用的空间体积，强化电催化的电浮选效果，使得过滤单元和电催化降解单元内的结构布局更为紧凑，不但强化了有机物的去除效果，还满足列车对车载污水处理装置的空间体积要求。

(2)、通过物理化学的方式,利用电催化降解单元以及深度处理回用单元快速实现污水中有机质的降解，从而克服采用生物技术处理污水对环境的依赖性，而污水的在线处理实现了列车车厢的整体减重，也通过延长卸污周期节省了由于卸污而耗费的人力、物力以及财力。

(3)、设置超声波发生器，实现精密过滤器中滤芯的定期清洗，进而结合气反洗延长滤芯的使用寿命，并且将滤芯上清洗下来的污物，通过管件回流至内壳体中，进而保证精密过滤器使用的可靠性。

(4)、通过反渗透组件过滤后的浓水，通过管件返回冷却槽中,对冷却槽进水降温的同时,实现循环处理，而如果反渗透后水质不达标，则通过管件进入电催化降解单元中进行电催化处理，直至水质达到预设标准后，再经过反渗透组件进入回用水箱中，由此可知，冷却槽与反渗透组件之间形成一个内部循环，电催化降解单元、还原槽、冷却槽以及反渗透组件之间形成一个内部循环，进而保证出水的品质。

(5)、设置流量计、补水通道、溢水通道，是为了保证马桶的正常冲洗，避免发生回用水箱中蓄水量过多溢出或不足等问题。

(6)、设置排空通道，是为了避免回用水箱、反应槽以及电催化槽内由于积存部分残水，而导致在天气较为寒冷的时候发生破裂，影响其使用的可靠性。

附图说明

图1是本发明一种车载吊挂式高浓度污水处理装置的原理图。

图2是图1中深度处理回用单元的原理图。

图3是图1中电催化降解单元的原理图。

图4是图1中过滤单元、气体净化单元的原理图。

图5是本发明一种车载吊挂式高浓度污水处理装置的内部结构图。

图中，100、过滤单元；110、内壳体；111、冲洗水通道；112、液体冲洗通道；113、气体冲洗通道；120、滤管；130、第二增压泵；140、吸污球阀；200、电催化降解单元；210、反应槽；211、排气通道；220、电催化槽；221、电极板结构；230、循环泵；240、直流电源；250、加药箱；260、加药泵；270、第二排空通道；280、消泡器；290、第一抽风机；300、深度处理回用单元；310、还原槽；320、精密过滤器；330、冷却槽；331、第三抽风机；340、反渗透组件；350、提升泵；360、回用水箱；361、补水通道；362、溢流通道；363、第一排空通道；370、第一增压泵；380、冲洗马桶通道；390、超声波发生器；390A、计量器；400、气体净化单元；410、气体净化器；420、第二抽风机。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图5所示，本发明一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，包括：外壳体，悬挂于列车车体上，且在外壳体上设置有通过管路两两连接的过滤单元100、电催化降解单元200以及深度处理回用单元300，其中，深度处理回用单元300包括：还原槽310，其进料口通过管件、循环泵230与电催化降解单元200相连；精密过滤器320，其进料口通过管件与还原槽310的出料口相连；冷却槽330，其进料口通过管件与精密过滤器320的出料口相连；反渗透组件340，其进料口通过管件、提升泵350与冷却槽330的出料口相连；回用水箱360，其进料口通过管件与反渗透组件340的出料口相连，且回用水箱360的出料口通过第一增压泵370与冲洗马桶通道380相连。

本实施例中，通过精密过滤器320，保证了电催化后水中残留悬浮物的去除，而经过电催化降解单元200处理后水，回用冲厕时温度较高，会出现烫伤厕所使用者的风险，因此通过冷却槽330的降温处理，实现了“水”安全回用的同时，也保证了处理后水的品质。另外，过滤单元100、电催化降解单元200通过去除设计冗余，减少设备占用的空间体积，强化电催化的电浮选效果，使得过滤单元100和电催化降解单元200内的结构布局更为紧凑，不但强化了有机物的去除效果，还满足列车对车载污水处理装置的空间体积要求。

本实施例中，通过物理化学方式利用电催化降解单元200以及深度处理回用单元300快速实现污水中有机质的降解，从而克服采用生物技术处理污水对环境的依赖性，而污水的在线处理实现了列车车厢的整体减重，也通过延长卸污周期节省了由于卸污而耗费的人力、物力以及财力。

如图1至图5所示，为了加速冷却槽330的冷却速率，冷却槽330外连了一个第三抽风机331，其中，第三抽风机331的进风口位于冷却槽330的下端，第三抽风机331的出风口位于冷却槽330的上端。

在本实施例中，从还原槽310中处理后的水，从冷却槽330的上端进入，经冷却槽330的下端流出，为了保证冷却槽330内水的充分冷却，因此，将进风口设置于冷却槽330的下端，而出风口设置于冷却槽330的上端,进而实现水的错流冷却。

优选地，如图1至图5所示，深度处理回用单元300还包括一个超声波发生器390，且超声波发生器390内置于精密过滤器320内，其中，精密过滤器320进气口还通过管件与过滤单元100相连通，共用一根外部供气管，用于精密滤芯反洗。

在本实施例中，设置超声波发生器390，实现精密过滤器320中滤管的定期清洗，进而结合气反洗延长滤芯的使用寿命，并且将滤芯上清洗下来的污物，通过管件回流至内壳体110中，进而保证精密过滤器使用的可靠性。

优选地，如图1至图5所示，在电催化降解单元200与精密过滤器320之间还可设置一个还原槽310，其中，还原槽310的进料口通过管件、循环泵230与电催化降解单元200相连，还原槽310的出料口通过管件与精密过滤器320相连。

在本实施例中，经过电催化降解单元200后的污水内含有残存的氧化物，通过还原槽310内的还原填料，可将其去除，从而避免这些氧化物对后续的部件(尤其是金属结构件)造成腐蚀。

优选地，如图1至图5所示，反渗透组件340的数量为两个，且通过管件相连，形成并联过滤结构,从而提高了过滤通量。

在本实施例中，通过反渗透组件340后的浓水，通过管件返回冷却槽330中,对冷却槽进水降温的同时,实现循环处理，而如果反渗透后水质不达标，则通过管件进入电催化降解单元200中进行电催化处理，直至水质达到预设标准后，再经过反渗透组件进入回用水箱360中。由此可知，冷却槽330与反渗透组件340之间形成一个内部循环，电催化降解单元200、还原槽310、冷却槽330以及反渗透组件340之间形成一个内部循环，进而保证出水的品质。

优选地，如图1至图5所示，在反渗透组件340与回用水箱360之间的管路上设置有一个计量器390A。

在本实施例中，之所以设置一个计量器390A，是为了计量流入回用水箱360中的处理水量。由于每次冲洗马桶的水量是固定不变的，而污水经处理后的水量存在间歇性波动，故通过设置计量器390A可判断回用水量是否满足每次冲厕的水量要求，进而控制补水通道补水或溢水通道排水，保证回用水经第一增压泵370与冲洗马桶通道380能够正常冲洗马桶，提高了马桶使用的可靠性。

进一步优选地，当进入回用水箱360中的水量较少时，即无法满足马桶的正常冲洗，因在回用水箱360上设置一条补水通道361，该补水通道361的一端与回用水箱360相连，另一端与清水箱相连，保证了回用水箱360中始终有足够的水冲洗马桶。

进一步优选地，当回用水的水量较多时，或者在补水时，补水通道361上的电磁阀损坏，导致回用水箱360中的水量较多，发生溢满现象。由此为了控制回用水箱360中的蓄水量，在回用水箱360上设置有一条溢流通道362，可保证能及时排出回用水箱360中多余的水量。

进一步优选地，在回用水箱360上还设置有一条第一排空通道363。

当列车行驶于天气寒冷的冬天，特别是北方，如果回用水箱360中储存有一定量的水，会产生结冰现象，从而影响回用水箱360的使用寿命，而设置第一排空通道363，当列车进站后，能够及时排出回用水箱360中多余的水量，保证回用水箱360的正常使用。

优选地，如图1至图5所示，过滤单元100、电催化降解单元200、深度处理回用单元300三者之间采用间歇性工作。

在本实施例中，间歇性开启指的是，当过滤单元100工作时，电催化降解单元200、深度处理回用单元300不工作；当电催化降解单元200工作时，过滤单元100、深度处理回用单元300不工作；当深度处理回用单元300工作时，过滤单元100、电催化降解单元200不工作。而这样的好处在于，三个单元的处理过程可以依次按时序进行控制，避免发生混乱现象。

优选地，如图1至图5所示，电催化降解单元200包括：反应槽210，其进料口通过管件、第二增压泵130与过滤单元100相连；电催化槽220，其进料口通过管件与反应槽210的出料口相连，其中，电催化槽220的出料口通过循环泵230、管件与反应槽210相连，且在电催化槽220内设置有与直流电源240连接的电极板结构221；加药箱250，通过加药泵260、管件与反应槽210相连。

在本实施例中，通过过滤单元100后的污水进入反应槽210中，同时加药泵260将加药箱250中的药剂送入反应槽210内，且在反应槽210的下方设置有加热盘。当反应槽210内的液位达到预设高度时，第二增压泵130停止(第二增压泵130位于过滤单元100与反应槽210进料口之间的管路上)，此时电催化槽220内的电极板结构221在直流电源240的作用下开启，同时循环泵230也相应的开启，使得反应槽210与电催化槽220内的污水循环流动,从而对污水进行电催化降解处理。其中，加药泵260的启停以直流电源240的输出加药调控为依据，即直流电源240有加药信号输出时，加药泵260工作，直流电源240未有加药信号输出时，加药泵260停止工作。

另外，在本实施例中与现有技术中的有机物处理单元相比，在本实施例中去除了设计冗余泡沫浮选组件、气液混合管路和气液混合泵，保留了电催化降解单元200，虽弱化了泡沫浮选效果，但因强化了电催化中电浮选去除有机物的处理效果，使得整个设备的有机物去除效果并未降低，同时通过结构设计优化，使过滤单元和电催化降解单元内的管路布局更为紧凑，符合列车对于车载污水处理装置的空间体积要求。另外，强化了电催化降解单元内流体的流动，减轻了浓差极化造成的负面影响，从而强化了有机物的去除效果。

进一步优选地，在电催化槽220和反应槽210上均设置有第二排空通道270。所起作用与回用水箱360上设置的第一排空通道363相同，因此，不再进行详细的赘述。

进一步优选地，在反应槽210上还设置由一条排气通道211，将反应槽210内产生的刺激性气体排入内部壳体110中。

进一步优选地，由于在电催化的过程中，会产生大量的泡沫和NH₃、Cl₂等刺激性气体，因此，在过滤单元100与电催化槽220之间还设置由一个消泡器280，其中，消泡器280的一端与电催化槽220相连，消泡器280的另一端与过滤单元100相连。通过消泡器280将泡沫凝结成液滴，输入到内部壳体110中。

进一步优选地，为了加速电催化槽220内刺激性气体排入过滤单元100中的速度，因此，在电催化槽220外还设置有一个第一抽风机290，且该第一抽风机290的进风口连接于电催化槽220的下端,从而提高刺激性气体输送的彻底性。

优选地，如图1至图5所示，过滤单元100包括内壳体110，且在内壳体110中至少设置有一根滤管120，其中，滤管120的一端通过冲洗通道的反冲洗管分别与液体冲洗通道112和气体冲洗通道113相连，滤管120的另一端通过第二增压泵130、管件与反应槽210的进料口相连。

在本实施例中，通过滤管120将污水中的大部分不溶性固体物质集聚在内壳体110中，而过滤后的污水经过第二增压泵130进入反应槽210中，而集聚在内壳体110中的固体物质可通过内壳体110上的吸污球阀140将其排出内壳体110。

另外，在本实施例中，与现有技术中的过滤单元的结构相比，本实施例中的过滤单元100省略了浓缩机，使得本实施例中过滤单元100的整体体积减小，结构布置更为简化和紧凑，降低了过滤单元100的制造成本，而本实施例中的过滤单元100之所以能够省略浓缩机，一方面，经过本实施例中的过滤单元100，污水已能达到过滤固体不溶物的精度要求，另一方面，双重过滤增加了第二增压泵的能耗和体积。

进一步优选地，为了保证残留在过滤单元100内的固体物质顺利排出装置之外，在内壳体110上还设置有一条冲洗水通道111，通过外接压力水冲洗内壳体，可避免固体物质粘接、粘附在内壳体110的腔壁上，影响内壳体的持续使用。另外，该冲洗水通道111的出水口亦可采用喷淋的方式得以实现。

进一步优选地，为了提高滤管120的过滤效果，保证滤管120使用的可靠性，因此，滤管120一端连接着液体冲洗通道112和一条气体冲洗通道113，其中，液体冲洗通道112与气体冲洗通道113可以逐一选择，或者同步开启，且液体冲洗通道112的水源来源于电催化槽220的出水，气体冲洗通道113的气源来源于外部，如气泵、压缩空气等。另外，液体冲洗为恢复性反洗，周期短、使用频率高，而气体冲洗为维护性反洗，一般一个周期内使用1至2次即可。

优选地，如图1至图5所示，污水处理装置还包括气体净化单元400，其中，气体净化单元400包括气体净化器410和第二抽风机420，且该气体净化器410通过管件、第二抽风机420与内壳体110相连，以净化内壳体110中排出的刺激性气体。

优选地，如图1至图5所示，外壳体呈双层金属框架结构，且在双层金属框架之间设置填充有保温材料，通过外层金属能够起到保护、装饰、封装保温材料的作用，并且在内壳体110的下方和反应槽210的下方均设置有加热盘，防止在寒冷的冬季发生“水凝成冰”的现象，而使得装置内的管路冻裂，或者内壳体110结构失稳。

另外，内壳体110的外侧设置有金属加强框架，这样不仅加强了整个装置的结构强度，还为装置内的元器件的安装固定起到承托作用。

进一步优选地，各单元内各部件之间的管件，以及各单元之间的管件均采用软管连接(可为不锈钢金属软管、塑料软管、夹布胶管等)，这样以来可保证装置内元器件在受到冲击振动时，及时将所受应力传递给装置本身，另外，柔性软管使装置内元器件在受到冲击振动时不会形成共振，还便于装置内元器件的快速检修维护。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，包括：

外壳体，悬挂于列车车体下部，且在外壳体内设置有通过管路两两连接的过滤单元、电催化降解单元以及深度处理回用单元，其中，深度处理回用单元包括：

精密过滤器，其进料口通过管件、循环泵与电催化降解单元的出料口相连；

冷却槽，其进料口通过管件与精密过滤器的出料口相连，其中，冷却槽的进气口通过管件与第三抽风机相连，冷却槽的排气口通过管件与大气连通；

回用水箱，其进料口通过管件、提升泵与冷却槽的出料口相连，且回用水箱的出料口通过第一增压泵与冲洗马桶通道相连。

2.根据权利要求1所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，深度处理回用单元还包括一个超声波发生器，且超声波发生器内置于精密过滤器内，其中，精密过滤器通过管件与过滤单元相连通。

3.根据权利要求1所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，在电催化降解单元与精密过滤器之间还设置有一个还原槽，其中，还原槽的进料口通过管件、循环泵与电催化降解单元相连，还原槽的出料口通过管件与精密过滤器相连。

4.根据权利要求1所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，深度处理回用单元还包括至少一个反渗透组件，其中，该反渗透组件的进料口通过管件、提升泵与冷却槽的出料口相连，该反渗透组件的出料口通过管件与回用水箱的进料口相连。

5.根据权利要求3所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，在反渗透组件与回用水箱之间的管路上设置有一个计量器，其中，在回用水箱上设置有一个补水通道和一个溢流通道。

6.根据权利要求1所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，过滤单元、电催化降解单元、深度处理回用单元三者之间采用间歇性工作。

7.根据权利要求1所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，电催化降解单元包括：反应槽，其进料口通过管件与过滤单元相连；电催化槽，其进料口通过管件与反应槽的出料口相连，其中，电催化槽的出料口通过循环泵、管件与反应槽相连，且在电催化槽内设置有与直流电源连接的电极板结构；加药箱，通过加药泵、管件与反应槽相连。

8.根据权利要求7所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，电催化降解单元还包括消泡器，且消泡器的一端与电催化槽相连，消泡器的另一端与过滤单元相连，其中，消泡器的进气口与第一抽风机输出口相连。

9.根据权利要求1所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，过滤单元包括内壳体，且在内壳体中至少设置有一根滤管，其中，滤管的一端通过冲洗通道的反冲洗管分别与液体冲洗通道和气体冲洗通道相连，滤管的另一端通过第二增压泵、管件与反应槽的进料口相连。

10.根据权利要求9所述的一种车载吊挂式高浓度污水处理装置，其特征在于，还包括气体净化单元，其中，气体净化单元包括第二抽风机和气体净化器，且该气体净化器通过管件、第二抽风机与内壳体相连。

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