直通火车厕所的铁轨，为什么没有“屎山尿海”？

春运往返途中，你是否和笔者一样好奇：火车上的屎和尿都去哪了？

运行于夏日青海的列车。图源网络

国务院联防联控机制春运工作专班数据显示，1月21日至27日，全国铁路发送旅客5017.4万人次，日均发送716.8万人次。

如果按照每人每天排放排放300克粪便，3斤尿液来算，那么在春运期间，火车上每天都会新增上千吨的排泄物。

但为什么在臭烘烘的铁轨上面，很难找到一坨完整的大便？

图源公众号“星期四的第四节课”

为了解开春运路上的“终极疑惑”，笔者邀请到了同济大学环境学院专家，他将利用自己的专业知识，来为大家解开这些谜题。

黑水、黄水和灰水

火车厕所神器：统统交给我吧！

为什么火车排出的屎尿，在铁轨上没有出现“屎山尿海”的情况？这还得从火车厕所说起。

一般来说，用于火车上的厕所有两种：传统绿皮火车采用的是粪尿直排式，其他列车基本都是粪尿收集式。

前者的便器口都是粗广式的开口，而后者则要在每个车厢配备一个粪污收集箱。

绿皮火车的粪尿直排式

在列车运动下，粪污会在高速流动的空气带动下变成屎尿点，散布在道砟和铁轨上。

而且在大多数火车使用的也都是统一收集和处理的粪尿收集式厕所。这也是为什么，我们很难在铁轨上看到完整形状的大便。

火车厕所也不是收集完乘客的屎和尿就完事了，还得分离屎和尿。在这里先给大家科普一个小知识点：黑水、黄水和灰水概念。

通常来说，含有粪污的水叫黑水，有机物超级丰富；含有尿液的水是黄水；而列车洗手盆洗刷的水和餐车厨房排水则叫灰水。

这三种水如果能够像垃圾分类一样来收集当然是最好的，但目前大多数列车都是将这三种水统一收集统一用抽粪机抽走，运输到污水厂或者堆肥厂处置。

可能就会有很多朋友提出疑问：灰水分开收集好理解，屎和尿所代表的黑水和黄水又该怎么分离呢？

这就又要给大家介绍一个火车厕所神器了——粪尿源分离厕所便器。与传统便器相比，粪尿分集式便器由2个排出口组成，分别收集尿液和固体粪便。

尿液部分将通过前面的尿液排出口，流入厕所下方的尿桶单独收集；粪便部分则通过粪尿分集式便后方的排出口，进入下方的粪池内单独收集处理。

源分离厕所设备

分离后的尿液，本身所含病原微生物量极少，并且营养成分还能被农作物直接吸收利用，因此将分离后的尿液稀释后直接灌溉土地，能实现氮磷资源的再利用。

粪便则可以通过堆肥（好氧堆肥、厌氧堆肥、厌氧消化、微生物降解等）实现资源化利用。其实绿皮火车直排的粪便也可以理解为通过好氧堆肥滋润大地。

传统堆肥技术

高铁和飞机如何处理粪便？

讲完了火车的问题我们再来拓展一下高铁和飞机，它们难道和普通火车一样吗？采用的是相同的方法来处理粪便吗？

目前，高铁和飞机上都采用真空气吸式便器。

真空气吸式厕所由真空便器、管道、真空泵和储粪池等组成，厕所利用真空负压原理，以气吸的形式把粪污从便器吸入储粪尿池内，实现无水冲收集粪污。这就是为什么在高铁飞机上冲厕所的动静会比较大。

真空吸式厕所运行机理图

真空厕所和之前提到的粪尿收集式厕所，会有如下几个优势：

1.节水优势：每次耗水量为0.5-1L；

2.防臭优势：便器吸刷干净，负压隔断臭源；

3.排导优势：无重力排放；

4.管道优势：管径小，不易堵塞，可实现同层排放。

当然，一样事物不可能只有优点没有缺点，真空厕所也存在一些弊端，比如：

1.真空管网和真空泵的基建成本高；

2.系统密闭性和运行条件要求严格。

真空气吸式厕所目前应用于高铁、轮船、航空等公共场所以及会展、集会现场等临时场所。

未来真空气吸式厕所的研究方向也会聚焦于多种复杂场景的模拟优化与设计，特别针对难开挖地区（如文物保护区）及地势起伏大的地区。

顺着上面这个，有些同学或许还想问：老师我为什么经常会在这些厕所里看到上面覆盖着一层泡沫啊？这个泡沫有什么用？

部分火车和飞机厕所为了减小厕所的臭味，采用泡沫封堵便器。

泡沫封堵式厕所运行机理图

泡沫封堵技术通过利用发泡装置对发泡材料发泡，产生大量润滑性强、密封性高的泡沫替代水资源，来实现对粪便尿液的无水冲排和臭味的封堵，灵活方便，安全卫生，防臭节水，还可以在传统水厕基础上升级改造。

但是需要注意，如果家里使用厕所频率较低的话，就不推荐进行这样的改造了。

因为较低频率的使用厕所会导致泡沫快速蒸发，水封消失后引发臭气污染，另外，掺杂泡沫的粪污将会为生物法污水处理厂带来一些处理隐患。

形式多样的列车便器

当然，列车也不一定就只能使用上面提到的几种便器，这里再给大家简单介绍几种可用于列车上的便器：

尿冲粪式厕所便器

这种厕所顾名思义，就是通过添加一种具有除臭、杀菌、消毒、润滑和防垢作用的药剂或菌液处理单独收集的尿液，来产生可用于冲洗厕所的新型环保冲洗液。

大便与冲洗液混合后经搅拌、淘洗等过程变成无臭的稠浆状物，稠浆状物材料可制备良好的农田肥料。

尿液单处理型厕所运行机理图

尿冲粪式处理技术实现了节水冲排厕所，并实现了粪便的资源化处理，但是该类厕所的日常管理维护工作繁琐严格，药剂的投加量也需严格把关，同时还要考虑温度、pH等运行条件，运行费用较高。

中国-蓝洁士生态厕所，德国-TOITOI&DIXI厕所都属于此类厕所的范畴。未来的尿冲粪式处理技术研究方向将聚焦于干旱地区的推广应用及长效运行稳定性。

EcoSan-厕所

这是一种采用了水循环-太阳能供电-电化学废水处理系统的厕所，即采用太阳能发电的方式，来提供厕所日常运行和电化学处理排泄物污水，所需的电能。

电化学处理系统通过电解处理厕所的粪污 ，即阳极产生具有杀灭细菌和降解有机粪污的·OH、HOCl和ClO-等离子；阴极则产生OH-，可生成氢氧化钙和氢氧化镁等沉淀物。

EcoSan-厕所运行机理图

水循环-太阳能供电-电化学废水处理系统，对有机物、色度等有很好的去除效果，产生的清洁水可回用于厕所安全洗手用水。

纳米膜处理厕所：

英国克兰菲尔德大学研发的一种新式厕所：NMT纳米膜厕所，它运行的原理如下图所示：

NMT纳米膜厕所原理图

根据图片我们可以看到，它是将大便和尿液混合收集后，通过沉淀来实现固液分离，随后分离的液体通过中空纤维膜以蒸汽的形式传输，有效控制病原体和其他挥发性臭味物质的传输，进一步汽化冷凝水可作为家用饮水或者绿化用水；

粪便固体通过阿基米德螺旋泵运送至燃烧室，然后被焚烧成灰渣并产生可以支持阿基米德螺旋泵等耗电膜部件的运行电能，实现了能源自给，且产生的灰渣可用于农田肥料。

NMT纳米膜厕所看起来很美妙，但是他最大的缺点就是技术水平和维护成本较高。目前设计单位正在南非德班地区进行此类厕所的实验，未来普通家庭或许会出现此类厕所的身影。