CN101357810A - 粪便污水的真空收集与真空处理工艺及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粪便污水的收集与处理的工艺及其设备。随着我国城市化进程的加快，城镇粪便污水处理的压力越来越大。本发明采用二个真空罐对粪便污水进行真空收集、真空处理，所述的二个真空罐既是真空收集罐，又是真空处理罐，两者相互切换分别处于不同的工作状态，使真空收集和处理不间断；处于真空收集状态的真空罐不断收集粪便污水，同时回收利用另一个真空罐在真空处理产出蒸馏水时的冷凝热，用于对粪便污水的预加热和预脱气，以节约能源，减少运行的工艺时间，降低运行费用；蒸馏水经过物理吸附剂的处理，用于厕所的冲洗、清洁用水和真空罐用水，达到自给自足，无须外接水源补充，节约淡水资源。

Description

粪便污水的真空收集与真空处理工艺及其设备
技术领域
本发明涉及了一种粪便污水的收集与处理的工艺及其设备。
背景技术
人类排泄物如果不加以卫生地处置，不仅会污染水体、土壤和食品，还会导致多种寄生虫病、传染病毒和有害病菌的传播。
2008年3月20日，在第十六个“世界水日”前夕，联合国和世界卫生组织发布了有关“涉水卫生”的报告。报告说，全球约有2/5(26亿)的人没有条件使用清洁厕所，其中包括9.8亿名儿童。在非洲，这一比例为3/5。恶劣的卫生设施不仅会增加感染痢疾等疾病的几率，也为妇女儿童带来安全隐患。世界卫生组织总干事戴维·海曼说：“每年约有1500万人死于传染病。如果我们拥有良好的供水和卫生设施，可立即将这一数字减少200万”。
公厕是人类的排泄物的主要集中地，同时也是蚊蝇孳生地，多种寄生虫病、传染病病毒和有害病菌的主要传播场所和人类环境的污染源之一。
公厕的粪便污水的收集与处置，一直是城市发展的一大难题。在我国，城镇粪便污水曾经是我国重要的农业肥料。改革开放以后，随着人们生活水平的提高，一方面，城镇粪便污水中的固含量(肥分)大幅降低、难降解生活垃圾含量越来越多；另一方面，干净、贮存和使用方便的农用化肥日益普及，农村的农民现在已经开始拒绝使用城镇粪便污水作为农用肥料。随着我国城市化进程的加快，城镇粪便污水处理的压力越来越大。在国际上，城市粪便污水的收集与处置的方式，大致可分为欧美模式、日本模式和发展中国家模式。欧美模式是以城市排水管网和污水处理厂作为粪便污水的收集与处置场所，我国少数沿海发达的中等城市(如深圳、珠海等)也采用这种粪便污水与城市污水合并收集与处置的高成本模式。日本模式是除粪便污水合并收集与处置之外，还采用车辆收集集中处理和现场净化池分散处理相结合的粪便单独处理的中等成本模式，我国少数沿海发达的特大型城市(如上海、广州等)则采用这种模式。发展中国家模式则是多样化的粪便处理系统的低成本模式。
从城市发展、公共卫生和环境保护的角度来看，理想的公厕粪便污水的收集与处置，应当是减量或就地处置、节水型、无害化、资源化及环保化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对粪便污水就地无害化处理的真空收集与真空处理工艺及其设备，粪便污水不进入化粪池或下水道，从而减轻日益增加的城镇生活污水排放和处理的压力，减少对地下及地表水的污染威胁。
为此，本发明采用如下的技术内容：粪便污水的真空收集与真空处理工艺，其步骤如下：用二个真空罐对粪便污水进行真空收集、真空处理，所述的二个真空罐既是真空收集罐，又是真空处理罐，两者相互切换分别处于不同的工作状态，使真空收集和处理不间断，保证了24小时连续运行；处于真空收集状态的真空罐不断收集粪便污水，同时回收利用另一个真空罐在真空处理产出蒸馏水时的冷凝热，用于对粪便污水的预加热和预脱气，以节约能源，减少运行的工艺时间，降低运行费用；蒸馏水经过物理吸附剂的处理，用于厕所的冲洗、清洁用水和真空罐用水，达到自给自足，无须外接水源补充，节约淡水资源。
上述的粪便污水的真空收集与真空处理工艺，在真空收集粪便污水后，先进行真空-压力消毒，消毒后再进行真空蒸馏和真空干燥处理，经真空处理后的粪便作为有机肥或复合有机肥的原料。
上述的粪便污水的真空收集与真空处理工艺，真空-压力消毒时的温度在115-125℃。
上述工艺所用的设备，其包括二个并联的真空罐、安装在真空罐底部的排料阀和安装在真空罐上的框式搅拌器，两个真空罐各通过一物料输入管路与多个并联的用于粪便污水输入的真空阀门连接，所述的物料输入管路中装有真空收集阀；两个真空罐各通过一液态物料输出管路与一蓄水池连接，所述的液态物料输出管路中依次装有真空抽气阀、热回收换热器和水冷却换热器，热回收换热器和水冷却换热器并联后与蓄水池连接。框式搅拌器不仅可以均匀罐内温度和强化传热，还可以防止液面起皮和罐内结壳，还能在干燥结束后帮助卸料。
上述工艺所用的设备，真空罐外有夹套，夹套内放置导热油，导热油通过一导热油加热系统加热，真空罐上装有温度传感器、真空传感器和液位传感器。
本发明具有以下优点：
1)就地处置，无须再进入城镇生活污水处理中心，减少了城市和农村生活污水处理的压力，避免了对地下及地表水产生污染威胁；
2)对人类排泄物进行“真空-高温消毒”，杜绝了各种寄生虫和病菌的传播；
3)对“真空-高温消毒”后的排泄物再进行“真空蒸馏”，将蒸馏得到的蒸馏水回收循环使用，公厕可以在没有供水的地方正常运行；
4)将超过90％的水分蒸馏并干燥后，排泄物变成无病菌和寄生虫的干燥有机肥原料，可以加以资源化利用；
5)整个处理过程处于全封闭过程，处理过程中不用加入化学品，既无蚊蝇孳生，又对周围环境、水体、土壤无污染。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的设备图。
具体实施方式
如图1-2所示，该工艺流程具有2台性能参数完全相同的并联的真空罐R1-1、R1-2，既是真空收集罐，又是真空处理罐，相互切换工作状态。当一台真空罐收集满粪便污水后，立即关闭真空收集阀，进入真空处理状态；同时，另一台真空罐则立即开通真空收集阀，投入到真空收集状态。
真空罐底部装有排料阀，真空罐上装有框式搅拌器，两个真空罐各通过一物料输入管路与多个并联的用于粪便污水输入的真空阀门连接，所述的物料输入管路中装有真空收集阀；两个真空罐各通过一液态物料输出管路与一蓄水池连接，所述的液态物料输出管路中依次装有真空抽气阀、热回收换热器和水冷换热器，热回收换热器和水冷换热器并联后与蓄水池连接。
当真空罐R1-1处于真空收集时(此时真空罐R1-2处于真空处理状态)，与真空罐R1-1相连接的真空抽气阀F3-1开通，真空罐R1-1底部的排料阀F4-1关闭，真空泵J3-1启动并通过真空泵J2-1的旁通口对真空罐R1-1抽气。开始工作时，真空收集阀F2-1开通，粪便污水从每具座便器(或蹲坑)、小便器(或小便池)的排泄口连接着的真空阀门F1-1、F1-2、…、F1-16、F1-17进入物料输入管道，并通过真空收集阀F2-1进入真空罐R1-1。此时真空罐R1-1内设有的框式搅拌器J1-1一直连续不断地低速均匀搅拌，真空罐R1-1的夹套中导热油则通过热油循环泵J4-1、阀门F9-1、热回收换热器R2-2，将另一真空罐R1-2产生冷凝水时放出的冷凝热源源不断地传递给真空罐R1-1内的粪便污水物料。真空罐R1-1一边在不断地收集粪便污水，一边对粪便污水进行预加热和真空脱气(即预脱气)；真空脱气时的水蒸汽在经过水冷换热器R3-1时冷凝成蒸馏水，并通过阀门F5-1进入蒸馏水储存罐R4-1，真空脱气时的不可凝气体则由真空泵J3-1排入R5-1汽水分离器进一步汽水分离和消声降噪后，再排放至大气。
此时真空罐R1-2处于真空处理状态。粪便污水的真空处理包括高温杀菌消毒、真空蒸馏、真空干燥、排放干燥物料等4个工作阶段。开始工作时，先进行高温杀菌消毒，真空收集阀F2-2关闭，排料阀F4-2处于关闭状态，真空抽气阀F3-2关闭，真空罐R1-2内设有的框式搅拌器J1-2一直连续不断地低速均匀搅拌，真空罐R1-2的夹套中导热油则通过导热油循环泵J4-2、阀门F8-2、导热油加热器R10不断地加热真空罐R1-2内的粪便污水物料，至120℃规定温度并保持15分钟杀菌消毒时间，消毒完毕后，打开真空抽气阀门，将高压蒸汽通过管道排入大气，当罐内压力达到正常大气压后，开始对罐内抽真空，对真空罐R1-2内的粪便污水物料进行真空蒸馏。真空蒸馏阶段时，框式搅拌器J1-2仍然一直连续不断地低速均匀搅拌，与真空罐R1-2相连接的真空抽气阀F3-2开通，真空罐R1-2底部的排料阀F4-2关闭，真空泵J3-2启动并通过J2-2的旁通口对真空罐R1-2抽气，与此同时，导热油加热器R10进入调功工作状态：只要罐内温度低于40℃，加热器加热功率为最大；若罐内温度达到80℃，加热器的加热功率为零；在40～80℃温度区间范围内，加热器的加热功率随温度线性变化。真空蒸馏时，水蒸汽先经过热回收换热器R2-2进行冷凝，将产生蒸馏水时放出的冷凝热源源不断地传递给真空罐R1-1内的粪便污水物料，再经过水冷换热器R3-2进一步冷凝，上述2个换热器产生的蒸馏水通过阀门F5-2进入蒸馏水储存罐R4-2，真空蒸馏时的不可凝气体则由真空泵J3-2排入R5-2汽水分离器进一步汽水分离和消声降噪后，再排放至大气。在真空干燥阶段，与真空蒸馏阶段唯一不同的是高真空泵J2-2开始启动工作，真空罐R1-2内的真空度开始不断地提高，其它状态均与真空蒸馏相同。当真空罐R1-2内压力到达500Pa(3.75mmHg)以下，并且稳定时间超过2小时，则意味着真空处理结束。真空处理结束后，真空抽气阀F3-2、真空泵J2-2、J3-2关闭，排料阀F4-2开通，排料口自动排料，直接排入真空罐下方的贮料坑内，以备人工装包。
在R1-1、R1-2真空收集与真空处理期间，水泵J6一直定期地将蒸馏水储存罐R4-1和R4-2内的蒸馏水输送至封闭式蓄水池R8内(蓄水池配有空气过滤器R9)，蓄水池R8的出水端连接着吸附式过滤器R7，以确保输出的水质符合国家相关标准。
另外，冷却水塔R6、水泵J5、阀门F7-1和F7-2作为水冷换热器R3-1、R3-2的循环冷却系统；导热油膨胀罐R11和空气过滤器R12作为导热油加热器的附件，以确保导热油系统的正常工作；真空罐上还配备了相应的温度、真空、液位传感器，执行元件，控制元件和完整的电气控制设施。

Claims (5)

1、粪便污水的真空收集与真空处理工艺，其步骤如下：用二个真空罐对粪便污水进行真空收集、真空处理，所述的二个真空罐既是真空收集罐，又是真空处理罐，两者相互切换分别处于不同的工作状态；处于真空收集状态的真空罐不断收集粪便污水，同时回收利用另一个真空罐在真空处理产出蒸馏水时的冷凝热，用于对粪便污水的预加热和预脱气，蒸馏水经物理吸附剂处理，用于厕所的冲洗、清洁用水和真空罐用水。
2、根据权利要求1所述的粪便污水的真空收集与真空处理工艺，其特征在于：在真空收集粪便污水后，先进行真空-压力消毒，消毒后再进行真空蒸馏和真空干燥处理，经真空处理后的粪便作为有机肥或复合有机肥的原料。
3、根据权利要求2所述的粪便污水的真空收集与真空处理工艺，其特征在于：真空-压力消毒时的温度在115-125℃。
4、根据权利要求1或2所述工艺所用的设备，其特征在于它包括二个并联的真空罐、安装在真空罐底部的排料阀和安装在真空罐上的框式搅拌器，两个真空罐各通过一物料输入管路与多个并联的用于粪便污水输入的真空阀门连接，所述的物料输入管路中装有真空收集阀；两个真空罐各通过一液态物料输出管路与一蓄水池连接，所述的液态物料输出管路中依次装有真空抽气阀、热回收换热器和水冷换热器，热回收换热器和水冷换热器并联后与蓄水池连接。
5、根据权利要求4所述的设备，其特征在于：真空罐外有夹套，夹套内放置导热油，导热油通过热油循环泵和导热油加热器加热真空罐内的粪便污水，真空罐上装有温度传感器、真空传感器和液位传感器。
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