CN102531268A

CN102531268A - 一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法

Info

Publication number: CN102531268A
Application number: CN2010106018015A
Authority: CN
Inventors: 胡正义; 温国期; 孟宪超; 朱春游; 刘小宁; 黄丽娟
Original assignee: University of Chinese Academy of Sciences
Current assignee: University of Chinese Academy of Sciences
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法，涉及农业环境工程技术，是由尿水(尿液和冲洗水)自动分离收集系统、尿液资源化系统和灰水(冲洗水)处理系统组成，主要涉及自动控制技术、环境污染控制技术以及N、P等营养物质回收并资源化技术等。本发明在很大程度上可减轻灰水负荷，有效改善环境，实现生活污水的再利用，同时还可以实现N、P等营养物质的回收利用，避免了资源浪费，并能产生一定的经济效益。本发明方法实施简单，成本低廉，适用性强，有很强的实用和推广示范价值。

Description

一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法

技术领域

本发明主要涉及农业环境工程技术领域，是一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法，可实现尿液和便后尿液冲洗水的自动分离收集，减轻灰水负荷，且能实现尿液中N、P等营养物质的资源化利用。

背景技术

尿液中N、P、COD含量分别占生活污水总量的87％、50％、12％。尿液的直接排放不仅增大了后续灰水处理负荷，而且还造成N、P等营养物质的损失。

当前，针对尿液的处理方式主要有：

1、尿液、大便以及冲洗水一起进入城镇污水管道，在污水处理厂当作黑水来处理。该方法主要有两个缺点：

第一、黑水的有机负荷和病原菌负荷均较高，与灰水混合后增加了污水处理的难度和成本，也使得黑水中的营养物质难以回收资源化；

第二、上述技术仍停留在对污水的污染控制层面上，未实现生活污水中营养物质的资源化利用以及出水循环回用。

2、将尿液进行收集，储存一定时间后直接作为肥料。这种方法虽然实现了部分营养物质的资源化利用，降低了环境污染，但缺点在于没有将尿液和尿液冲洗水分离开来，这样会导致尿液中营养成分的回收利用效率较低。

因此，亟需开发一种可实现尿液自动分离收集并资源化的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法，以减轻生活污水的污染程度，降低污水处理成本，并且实现N、P等营养物质的资源化利用。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种尿液自动分离收集并资源化的方法，其特征在于，包括步骤：

1)设置尿水自动分离式小便器；

2)在尿水自动分离式小便器的尿水出口处，设置尿液收集管路和便后冲洗水排放管路；

3)在尿液收集管路中顺序设置储尿箱、加药搅拌装置、沉淀与上清液分离装置；

4)在3)步的沉淀经处理后作为肥料使用；

5)在3)步的尿液冲洗水和上清液进入灰水处理系统。

所述的尿液自动分离收集并资源化的方法，其所述1)步中的尿水，为尿液和冲洗水。

所述的尿液自动分离收集并资源化的方法，其所述5)步中的灰水处理系统，采用“灰水-预处理-土地处理系统-出水-回用”的工艺流程。

一种尿液自动分离收集并资源化的装置，其包括小便器、管路、储尿箱、加药搅拌装置、沉淀与上清液分离装置、灰水处理系统、自动控制装置，其中，小便器带有尿水自动分离系统，尿水自动分离系统由自动控制装置控制；小便器排出口接有两条管路：尿液收集管路和便后冲洗水排放管路；

尿液收集管路下游顺序连通储尿箱、加药搅拌装置、沉淀与上清液分离装置，沉淀与上清液分离装置排出口与灰水处理系统相通连，灰水处理系统出口接湿地或蓄水塘。

所述的尿液自动分离收集并资源化的装置，其所述加药搅拌装置、沉淀与上清液分离装置各自带有自动控制装置；加药搅拌的自动控制装置，使添加药品及搅拌自动化，使其充分接触反应；沉淀与上清液的自动分离装置：实现沉淀(鸟粪石)与上清液的自动分离；其沉淀池中的沉淀物进行简单脱水处理后，即可作为肥料，上清液和尿液冲洗水则作为灰水进入灰水处理系统。

所述的尿液自动分离收集并资源化的装置，其所述管路，为管径50mm的PVC管。

所述的尿液自动分离收集并资源化的装置，其所述储尿箱为D1500mm*H1500mm的圆柱形塑料桶；加药搅拌装置的搅拌器为ESJ-2000型搅拌器；沉淀与上清液分离装置的真空泵为ZCTB75OA型真空泵。

所述的尿液自动分离收集并资源化的装置，其所述添加的药品，为氧化镁(MgO)；沉淀物为鸟粪石。

本发明的有益效果是：

1、减轻灰水处理负荷，降低了对环境的污染，实现生活污水的循环利用；

2、实现了尿液中N、P等营养物质的资源化利用；

3、整个系统建设费用以及运行费用低，维护简单，可产生一定的经济效益，具有很强的实用性和适用性。

附图说明

图1为本发明的尿液自动分离收集并资源化的方法流程图；其中：

图1(a)为尿液分离技术路线图；

图1(b)为自动加药搅拌系统技术路线图；

图1(c)为沉淀分离技术路线图；

图2为本发明中的尿液自动分离收集及资源化系统示意图，其中：

图2(a)为小便器；

图2(b)为蹲便器；

图3为本发明的尿水自动分离装置、加药搅拌装置和沉淀与上清液的自动分离装置电路原理图；

图4为本发明中的灰水处理系统示意图。

具体实施方式

当前，我国绝大部分城镇都是在尿液、冲洗水混合后进行集中处理，这一方面增加了污水处理成本，另一方面造成尿液中N、P等营养物质的浪费。针对这一问题以及当前生活污水的来源与特点，本发明设计了一种可实现尿液自动分离收集并资源化的装置及工艺方法。其原理是对尿液进行分离并单独收集，再加入药品氧化镁(MgO)，形成的沉淀肥料(鸟粪石)实现了尿液中N、P等营养物质回收利用，同时，处理后的灰水也达到回用标准。

本发明的技术方案是：

1、尿液的自动分离收集系统：在小便器尿水出口处设有尿水自动分离阀门(一个二位三通电磁阀)。用单片机作为控制器来控制阀门的开关，实现尿水的自动分离收集。本发明的尿液和冲洗水自动分离收集系统已于2010年10月另案申请，详情请参见：《一种小便池尿液自动分离收集设备》，专利申请号：201010278076.2。

2、尿液资源化系统：该系统主要包括加药搅拌装置、沉淀与上清液分离装置。

a)加药搅拌装置

对尿液进行分离并单独收集以后，在尿液中加入氧化镁(MgO)进行搅拌。此过程所有的控制信号均由加药搅拌控制装置提供。

b)沉淀与上清液分离装置

待沉淀和上清液完全分层以后，用真空泵把沉淀粘稠物抽出，稍作处理后作为肥料，而上清液进入灰水处理系统进行处理。此过程真空泵的控制信号由沉淀与上清液自动分离控制装置来提供。

3、灰水处理系统：该系统由预处理和土地处理系统(如湿地，氧化塘等)组成。

本发明的尿液自动分离收集并资源化的装置，其中的自动控制装置包括：

1、尿水分离的自动控制装置：主要实现尿液与尿液冲洗水的自动分离，从而为后续的尿液资源化做准备。

2、加药搅拌的自动控制装置：主要实现添加药品氧化镁(MgO)以及搅拌的自动化，使其充分接触反应。

3、沉淀与上清液的自动分离装置：主要实现沉淀(鸟粪石)与上清液的自动分离。沉淀进行简单脱水处理后，即可作为肥料。上清液和尿液冲洗水则作为灰水进入灰水处理系统。

为了更详细地介绍本发明技术，下面结合实施例子来说明：

实施例：

现将本发明的一种实现尿液自动分离收集及资源化的装置及方法应用于石家庄桥西区的一家洗车场。该洗车场的固定人口为7人，加上洗车工和过往行人，据统计平均每天约为250人。洗车场为两层楼房，上下层均有一家庭厕所，产生黑水未经任何处理排入到城市管道。按照本发明，具体设计包括：

首先，在该洗车场厕所内的小便池的尿水出口处铺设尿液收集管路和冲洗水排放管路，以便实现尿液的单独分离收集。

其次，经源头分离的尿液冲洗水进入灰水处理系统，处理后的出水可作为厕所冲洗水。对收集的尿液进行处理后作为肥料，实现了尿液中N、P等营养物质的资源化利用，减轻了灰水对环境的污染。

具体详情如下：

一个成年人一年中排泄的粪尿量约790公斤(其中人粪约90公斤，人年约700公斤)，折合到每天平均一个成年人的尿液量为1.91公斤，其中含N、P的比例分别为0.5％和0.13％，计算得为一个人每一天尿液中N、P的质量分别为0.00955公斤和0.002483公斤，洗车场按着250人/天算得每天洗车场所有人的尿液中N、P的总量约为2.3875公斤和0.62075公斤。根据沉淀(鸟粪石(MgNH₄PO₄))可以计算得每天需加的药品(MgO)的量约为0.8009公斤，考虑在PH＝9.2时鸟粪石沉淀量最大，通过实验得知每天加MgO的量为0.902公斤时沉淀最大。

石家庄洗车场内厕所的尿液自动分离收集并资源化方法的工艺流程图如图1所示。其中包括尿液分离路线图、加药搅拌路线图和沉淀分离路线图。

1、石家庄洗车场内厕所的尿液自动分离收集并资源化装置采用的小便器和蹲便器如图2a，图2b所示。蹲便器原理与小便器原理相同。其中，1-进水控制装置；2-进水管道；3-尿水出口管道；4-尿液收集通道；5-尿液冲洗水排放通道；6-尿水分离控制阀；N-粪便排放通道。

石家庄洗车场内厕所的尿液自动分离收集并资源化装置的加药搅拌系统和沉淀与上清液分离系统如图3所示。其中7-尿液冲洗水排放管道接口；8-尿液收集管道接口；9-尿液收集管路；10-尿液冲洗水排放管路；11-尿液储存箱；12-灰水处理系统；13-尿液输送管路；14-上清液排放管路；15-尿液反应器；16-加药装置；17-搅拌器；18-上清液排放控制阀门；19-沉淀排放管路；20-鸟粪石存放箱；21-阀门控制线路；22-控制箱；23-真空泵控制线路；24-真空泵。

石家庄洗车场内厕所的尿液自动分离收集并资源化装置的灰水处理系统如图4所示。其中28-细格栅；29-格栅井；30-隔油挡板；31-隔油池；32-潜流人工湿地；33-进水管(管径100mmPVC管)；34-布水管(管径100mmPVC穿孔管)；35-集水管(管径100mmPVC穿孔管)。

整个工程系统由尿液自动分离收集系统、灰水处理系统、尿液资源化系统组成。

1、尿液自动分离收集系统由1-进水控制装置；2-进水管道；3-尿水出口管道；4-尿液收集通道；5-尿液冲洗水排放通道和6-尿水分离控制阀组成。

2、尿液资源化系统由7-尿液冲洗水排放管道接口；8-尿液收集管道接口；9-尿液收集管路；10-尿液冲洗水排放管路；11-尿液储存箱；13-尿液输送管路；14-上清液排放管路；15-尿液反应器；16-加药装置；17-搅拌器；18-上清液排放控制阀门；19-沉淀排放管路；20-鸟粪石存放箱；21-阀门控制线路；22-控制箱；23-真空泵控制线路和24-真空泵组成。

3、灰水处理系统该系统由28-细格栅，29-格栅井；30-隔油挡板；31-隔油池；32-潜流人工湿地；33-进水管(管径100mmPVC管)；34-布水管(管径100mmPVC穿孔管)；35-集水管(管径100mmPVC穿孔管)组成。

具体方法如下：

1、尿液分离收集系统：

首先，在无人时小便进水管道2与尿液收集通道4关闭，尿液冲洗水排放通道5开启，这样做主要是尽可能减少厕所的异味；

其次，人来时小便进水通道2关闭尿液收集通道4打开，尿液冲洗水排放通道5关闭；

最后，人走时尿液收集通道4关闭，尿液冲洗水排放通道5、小便进水管道2打开分别冲水3秒钟和1秒后关闭，再延时1秒钟尿液冲洗水排放通道5关闭。

2、灰水处理系统，见图4：

格栅井深0.6m，长0.6m，宽0.6m。格栅井中的细格栅28隔栅间距为3mm。经过细格栅28的出水进入隔油池31。隔油池31深0.6m，长1m，宽0.6m，池中有58mm×40mmPVC挡板30两块。格栅井29及隔油池31墙体采用砖砌结构(240墙)，砖墙用水泥砂浆抹面，用钢筋混泥土预制板盖顶。该洗车场后荒废的地方，建设潜流人工湿地32，潜流人工湿地32为水平流潜流湿地，长2.5m，宽2.5m，深0.8m。潜流人工湿地32墙体采用砖砌成(240墙)，池底采用混凝土(50标号)(厚100mm)铺底，并用水泥砂浆抹平。潜流人工湿地32最上层为20cm的泥土层，泥土层下面的湿地介质顺序由砾石、碎石及碎砖块组成，其中砾石粒径8～16mm，碎石粒径4～8mm。砾石层主要起散水、集水及承托布水管34及集水管35的作用。布水管34设于湿地前端砾石层内，管径为100mm，管底部打有孔径为15mm的小孔，孔心间距为150mm，孔口垂直向下。在潜流人工湿地32后端底部砾石层埋设集水管35，为管径100mm的PVC管，管上打孔，孔径15mm，孔心间距150mm。湿地植物为美人蕉。

3、尿液资源化系统：

尿液加入MgO搅拌经处理后将作为缓释肥。只需控制真空泵24和搅拌器17的开关即可实现加药搅拌和沉淀与上清液分离的自动化运行。灰水经处理仍可作为厕所冲洗水，从而实现污水的循环利用。

Claims

1.一种尿液自动分离收集并资源化的方法，其特征在于，包括步骤：

A)设置尿水自动分离式小便器；

B)在尿水自动分离式小便器的尿水出口处，设置尿液收集管路和便后冲洗水排放管路；

C)在尿液收集管路中顺序设置储尿箱、加药搅拌装置、沉淀与上清液分离装置；

D)在C)步的沉淀经处理后作为肥料使用；

E)在C)步的尿液冲洗水和上清液进入灰水处理系统。

2.根据权利要求1所述的尿液自动分离收集并资源化的方法，其特征在于，所述A)步中的尿水，为尿液和冲洗水。

3.根据权利要求1所述的尿液自动分离收集并资源化的方法，其特征在于，所述D)步中的灰水处理系统，采用“灰水-预处理-土地处理系统-出水-回用”的工艺流程。

4.一种实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括小便器、管路、储尿箱、加药搅拌装置、沉淀与上清液分离装置、灰水处理系统、自动控制装置，其中，小便器带有尿水自动分离系统，尿水自动分离系统由自动控制装置控制；小便器排出口接有两条管路：尿液收集管路和便后冲洗水排放管路；

5.如权利要求4所述的尿液自动分离收集并资源化的装置，其特征在于，所述加药搅拌装置、沉淀与上清液分离装置各自带有自动控制装置；加药搅拌的自动控制装置，使添加药品及搅拌自动化，使其充分接触反应；沉淀与上清液的自动分离装置，实现沉淀与上清液的自动分离；其沉淀池中的沉淀物进行简单脱水处理后，即可作为肥料，上清液和尿液冲洗水则作为灰水进入灰水处理系统。

6.如权利要求4所述的尿液自动分离收集并资源化的装置，其特征在于，所述管路，为管径50mm的PVC管。

7.如权利要求4所述的尿液自动分离收集并资源化的装置，其特征在于，所述储尿箱为D1500mm*H1500mm的圆柱形塑料桶；加药搅拌装置的搅拌器为ESJ-2000型搅拌器；沉淀与上清液分离装置的真空泵为ZCTB750A型真空泵。

8.如权利要求4所述的尿液自动分离收集并资源化的装置，其特征在于，所述添加的药品，为氧化镁；沉淀物为鸟粪石。