CN1041147A - 粪便的浓集装置和城市人粪资源的开发利用 - Google Patents

Abstract

本发明针对大城市类便集中，出路不畅，污染环境，处理困难的现状，从解决粪便脱水浓集的高效自动装置着手，把粪便浓集以便于集运并进行工厂化处理：养殖昆虫获取高蛋白；干化后用作发电厂燃料；以及发酵干化磨粉包装后出口换汇等，使粪便变废为宝，让城市能高效益地利用自身的这一宝贵资源，使之能以较短的周期由废物变成食品、能源、资金等。由此还可从根本上解决粪便对环境和水体的污染，变贻害子孙为造福后代。

Description

本发明是以一种自动离心机为主，配以改建的化粪池、粪车等设备，使粪便高效率、低成本地浓集的一种装置，以便进一步对浓集粪便进行开发利用。

自古以来，粪便一直是农田庄稼的良好肥料，人粪的排泄物以直接还回土壤的形式，形成一个极为有效的良性循环，使粪便成为支撑农业的一种重要资源。因而使得在一些大城市里，这一丰富资料能为农村挖尽运光，甚至产生了一些组织部门和一批专业队伍，使粪便有效地为农业生产服务，因此，在科技落后、卫生设施很差的年代，也没有产生因粪便集中成害，造成环境污染的现象。然而现在的今天，由于科技的进步和价值观念的变更，使粪便变得难于处理，成为一件头疼的事情。

目前，有些农用肥料已开始向化肥方向倾侧，使得利用粪便的利用率很低，而且这种低效、艰苦劳动无人去干，一般号召也难激发出以往的热情，以至很难见到农村去城市运粪作肥，就是城市送粪下乡也很少有人问津，城市粪便的传统出路就此堵塞。由于在这方面的技术没能予见，使得粪便处理成为被动，尽管投入大量的劳动力、众多的粪车、粪船来运走粪便，以保证城内环境卫生，但仅把粪便排出城市并非最终目的，那种有意无意地把粪便排向江河湖海的做法虽则维持了城市一隅的环境卫生，但使得周围其它环境遭到了污染，特别是把大海作为排放粪便的措施则会产生不堪设想的后果，如发生于上海的甲肝毛蚶事件，无疑就是沿海污染造成的自作自受的后果。一方面化大量人力、物力来抛弃人粪这一宝贵资源，同时又造成完全可以予见到的大规模污染，使得大量的生物资源受到损害，这样就给当代和后世造成了无穷之患，因此这种技术处理就不能算是粪便的出路。粪便同样是人类社会一项宝贵的资源，在城市里，此资源十分丰富，易于开发，人粪除了用作肥料外，还是很好的饲料、燃料，甚至加工制品还可出口创汇，众所周知，粪便是蝇蛆的最佳食料，蛆虫可以利用它使自己变为高蛋白，因传统原因尚不能为人们直接享用，但它自古以来就极受鸡、鸭、鱼、鳖等欢迎，经此一转换也就可以为人们所接受了，建设一个封闭型无污染的利用粪便作为饲料的蛆虫蛋白生产流水线，在目前的技术条件下并非难事。对粪便还可进行脱水、干化、磨细，使得方便地作为肥料、燃料乃至包装出口换取外汇。但是，由于传统的厕所结构和厕所卫生造成了粪便和大量的水混和一起，这给粪便的利用带来了困难，当然粪水分离的技术并不复杂，现有的各种离心脱水机械大都可以完成这项工作。但是问题在于这些离心机的效率和操作工艺不适合这个特殊的对象，由于粪便的低值，用效率不高的离心机作粪便脱水成本太高会造成赔本，而且完全人工操作的机械在加工大粪过程中，也注定了无人肯干这种浑身是屎的工种，因而必须有高效自动的粪水分离设备，才能更好地开发人粪资源。面对每日都在生产决无停产可能的城市粪便，怎么办？新的出路在那里？如何开辟新出路？已成为急需解决的问题了。

本发明针对这些问题，采取以解决粪水分离的机械为基础来达到高效率、低成本地浓集粪便，以供进一步加工利用，从而使城市粪便变废为宝，成为城市的一个能源、食品、资金的来源，这样粪便即可在城市内实现自产自销，并成为永不枯褐的宝贵资源。

本发明由以下几个环节相连而成，一是改造化粪池，在化粪池中隔出集粪间，由水冲来的粪便进入集粪间，水可由滤壁渗出，粪便则被挡集。二是配备有吸粪泵和自动连续脱水离心机的粪车，粪车巡回于各粪池，由吸粪泵从集粪间中把粪水吸进离心机，由离心机分离粪水，使水回归粪池，浓缩的粪便存放粪箱桶内送往工厂。三是粪便处理工厂，此类厂可分为饲虫厂、干化厂、粪制品厂等。四是粪池肥水处理，把这种富含氮磷钾肥的肥水由专用管道送往效县农区，用于农林牧渔等生产过程。

本发明的具体实施方法叙述如下：粪便应挡集在化粪池中的集粪间内，以便保持一定的浓度，减轻吸粪泵和离心机的工作量，集粪间可用耐腐的金属、化纤等滤布为材料制做滤壁，使水可渗透而固体物不能通过。在使用中，由于集粪间的水又会反渗到集粪间，滤壁两边反复互渗，有利于防止滤孔糊死。集粪间的大小、形状、部位等都可根据具体情况确定，因地制宜无需固定不变的格式，以达到初步集粪的集粪目的，以便于粪车吸取为标准。

粪车用于粪便的吸取、脱水、存放、运输，与现在所用的粪水车相比，增加了脱水设备，存放运输的对象由粪水改变成半干状态的粪便，粪车上配备有吸粪泵、脱水离心机、半封闭的粪箱桶等部件，粪箱桶上方有孔与脱水离心机的出料口相接，下部的出口有可以开闭的门，粪箱桶的底部装有卸粪螺旋轴，以便把桶内粪便推送干净。粪便脱水离心机装于粪箱桶上，其粪水进料口直接与吸粪泵出水管相接，吸粪泵把粪水抽入离心机内脱水，接着把离心机脱水过的粪便经粪箱桶上口送入粪箱桶内，由于离心机内螺旋轴的推送作用，使进入粪箱桶内的粪便在受阻时会产生一定压力，因此可以自动充满粪箱桶，吸粪泵的吸水笼头除了能吸入带水粪便外，还应能挡集粪水中的布片纱团、塑料膜等杂物，使杂物既不被吸进泵内，又可把杂物吸附聚集笼头上以便清除出池，因此笼头做成内外两层，内层为普通笼头上面布满适当大小的通孔，外层则为一种带钩的铁笼，杂物一经接触就被吸挂住带出粪池。粪车上的粪箱桶结构与吸粪泵的选择都较为简单，脱水离心机的结构则较为复杂，它是粪车上乃至粪便浓集利用装置的关健设备，将在下面详细说明。整个粪车上的设备及相互连接都应密封，以防粪水及臭气向外溢出发散。

浓集后的粪便再由专门工厂加工利用：以粪便为饲料的饲虫厂是一设计成封闭系统的流水线，流水线上的粪槽在加料口接受粪便并接种蝇卵或幼蛆，按蛆虫的生长速度，粪槽从接种一头向采收一头缓缓流动，流程中间部位按需要定点加喂粪便。采收后的蛆虫既可清洗后直接喂养鸡、鸭、鱼、鳖、蛙、鸟、蛇、蝎等，又可冷冻后暂存、外运或制成干磨粉用于久储远运。饲虫厂流水线的构造，厂房的结构和温控、繁殖蝇的产卵和卵的收集孵化、高产蝇蛆品种的选育、成品蛆虫的加工利用等应配套成龙，成为一个可控封闭型的自动化工厂。粪便干化厂可以利用太阳能工厂、余热或消耗能源进行干化粪便，干化后的粪便可作为发电厂燃料、农家有机肥料或昆虫饲料。粪干制品厂在制造过程中，需在干化前对粪便发酵和干后磨粉的工艺，粪干磨粉包装可出口换取外汇。另外用粪便制沼气发电、养殖蚯蚓和甲虫、喂养鱼虾等工作过程在此就不一一详述了。

粪池内源源不断的废水含有丰富的氮磷钾成份和病菌等物质，对此，如用之就成为种植业的有用资源，弃之则成污染环境的废物。在粪池中固体物一般很少，略作处理就可用管道输送至效县的农田，这样要比抽送到大海距离近得多，同时也减少了对水质的污染，具体方法可以加水喷灌等形式施放到农田。用管道系统把这种肥水集中排往农田作为肥源，有时会与庄稼需肥的节律出现矛盾，特别是粮棉等作物并不具备越肥越好和长肥到底的特性。因此最好配备农林牧渔具全的格局，在施肥过程中进行相互调节。在粮棉蔬菜地不需肥水时，可排放在鱼塘和人工林地和牧草地，一般来讲，树林和牧草对肥水的承受力要高的多，树和草的疯长不会有害自身的发育，这样，肥水经过植物的利用和土壤的净化，就形成了一个有效增值的生态循环，又免除了环境的污染，这中间，对如何选育耐肥的高产粮棉蔬菜品种和速生林木、培育成片的木本粮油林地等都可围绕着城市的肥水资源来大作文章。至此，城市粪便资源就可在城市自身范围内层层加以利用，完成整个物质转化过程。

装于粪车上的脱水离心机是粪便浓集的关键设备，它必须具备自动、高效、连续、密封的性能，与吸粪泵配合能自动地完成抽粪脱水工作。进行这项工作，那种开启的、断续生产的、需人工操作的离心机已不适用，因装在流动的粪车上，其高度也受一定限制，使立式离心机很难施展，因此只有卧式连续进料离心机较为合适，在用直径较大的离心机时，可采用自动加料的卧式连续进料离机（专利申请号87205377.6及89215170.6），但该机在尺寸较小时会使进出料不畅，因为该机脱水部分的甩水桶和螺旋筒从同一轴上获得动力，其甩水桶与轴上的轴套及轴承座通过幅条相连，在尺寸较小时，其幅条间隙变小，对含杂质情况较为复杂的粪便通过时就会造成不畅，甚至堵塞的后果。因此对装于粪车上的尺寸较小的离心机，采用甩水桶从外面获得动力，螺旋筒仍套装在轴上，这样使甩水桶和套在桶内的螺旋筒之间不再存在阻碍物料通过的结构，其具体的结构是在甩水桶上装有一只齿轮和两只轴承，经轴承使之与螺旋筒同心地装在机座上，经齿轮传动获得动力和转速，经过齿轮箱轮系的传动，使甩水桶和螺旋筒之间出现千分之几或万分之几的转速差，轮系的转速差搭配原理相同于上述专利的离心机，但结构形式则不相同。同时螺旋筒任一头的主轴上通过轴承套装着螺旋加料机构，并由装于螺旋加料轴上的齿轮使之获得经蜗轮箱等变速的低转速。螺旋加料机构输料筒的出口与甩水桶密切联接，进口与吸粪泵的出水管联接，其中甩水桶、螺旋筒和螺旋加料轴的三种不同转速可以都来自同一动力源，其动力可由车辆发动机供给，也可由电动机带动。

本发明在对粪池、粪车等作一些改造后，即可把粪便从大量的粪水中分离出来，作为一种资源加以利用，以较简便的方式转化成蛋白质、燃料和出口商品等等。与目前粪便的处理方式相比，追加投资不大，人力、物力消耗还可减少，可使过去的支出变为创收，并产生一定的经济效益，这样不但使城市丰富的人粪资料由废变宝，而且还能从根本上解决粪便给城市带来的负担和对自然环境的污染。

本发明的某些具体形式和局部结构，将作图例加以说明，请参见附图，其中：

附图1.人粪资源开发利用示意图。

附图2.粪车上的粪箱桶构造示意图。

附图3.粪水分离用连续自动离心机示意图。

附图4.离心机的传动示意图。

附图5.离心机的甩水桶构造示意图。

附图6.离心机的甩水桶与螺旋筒间形成差速的齿轮搭配示意图。

图1所示为人粪开发利用的系统示意，粪便从厕所（1）被水冲入化粪池（2）的集粪间（3）内，由粪车（4）上的吸粪泵（5）从集粪间抽粪水进入离心机（6），经脱水后水回流化粪池（2），浓集粪进入粪箱桶（7），粪箱桶（7）可送粪制品厂，经发酵池（8）发酵后，由干化厂（9）干化后磨细，然后包装成产品（10），装船（11）出口，又可直接经干化后供给发电厂（12）作燃料，还可送饲虫厂（13）饲育蝇蛆，再把产品蝇蛆送养殖场喂鸡、鸭、鱼、鳖、蛙、蛇、蝎等经济动物。

化粪池内的肥水经管道（14）输往效区农业基地，用机械化方式施给粮棉、蔬菜、水果、林草、鱼塘。

图2所示为装在粪车上的粪箱桶（7）的构造示意，粪箱桶（7）上装着离心机（6），离心机（6）的出料口与粪箱桶（7）上的进口（15）联接，在粪箱桶底上有带盖的卸料口（16），在粪箱桶内底部装有卸料用的卸料螺旋轴（17）。

图（3）所示为粪水脱干用的自动连续离心机结构示意图，离心机由甩水桶（18）、螺旋筒（19）、螺旋加料轴（20）为主组成，螺旋筒（19）由主轴（21）直接带动，甩水桶（18）由主轴（21）上的齿轮（22）经差速齿轮付的变速后，再通过装在甩水桶（18）上的齿轮（23）来获得动力和比螺旋筒略小的转速，螺旋加料轴（20）经轴承（24）套装在主轴（21）上，由装在其上的齿轮（25）获得经蜗轮箱变速后的低转速，加料筒（26）经轴承（27）达到与螺旋加料轴（20）同心，加料筒（26）上的加料口（28）与吸粪泵的出水管（29）联接。在甩水桶（18）外包着滤布（30），外围罩着集水罩（31）来挡集甩出的水，并经其上的管孔（32）流回粪池。机座（33）上支承主轴（21）和甩水桶（18）上的轴承的各轴承孔应同心，以此使装在主轴（21）上的螺旋筒（19），螺旋加料轴（20）与甩水桶（18）同心。图中差速齿轮与带动螺旋加料轴（20）的蜗轮变速箱等未画入图内，由图4传动系统图中表达。

图4为离心机的传动系统图，由电动机或发动机带动主轴（21）上的皮带轮（34），直接带动了螺旋筒（19），并由齿轮（22）带动齿轮（35），经轴（36）使齿轮（37）带转齿轮（23），即带动了甩水桶（18）与螺旋筒同向旋转。在轴（36）上带有蜗轮轴（38），由它带动蜗轮（39），与蜗轮（39）同轴的蜗轮轴（40）又带动了蜗轮（41），蜗轮（41）带动装在同一轴（42）上的齿轮（43），齿轮（43）经齿轮（25）带动螺旋加料轴（20）转动。图中，甩水桶（18）、螺旋筒（19）、螺旋加料轴（20）都从皮带轮（34）获得动力，当然，对螺旋加料轴也可以用单独的电机带动。

图5所示为甩水桶的结构，它是一个中空的园筒，中部布满小孔，其外圈两头装有轴承（44）、（45）和齿轮（23），经轴承（44）、（45）装在机座（33）上的轴承孔内达到与主轴同心。

图6所示为甩水桶（18）和螺旋筒（19）获得差速的齿轮搭配示意图，齿轮（22）、（35）、与（23）、（37）两对齿轮采用不成整数比的模数以最接近的变速比搭配出所需的差速，例如：取齿轮（22）、（35）的模数为3.5，齿轮（23）、（37）的模数为3，齿数分别是：（22）为90，（35）为31、（23）为105、（37）为36，其时，如轴（21）即齿轮（22）转1000转，则齿轮（35）与（37）转了2903.2转，齿轮（23）则转了995.4转，也即在1000转中，螺旋筒要比甩水桶多转4.6转，也可视为甩水桶不转，螺旋筒在其内以每分钟4.6转的低速转动，有此差速就可由螺旋筒把进入甩水桶的物料慢慢从一头堆送到另一头了，这时，齿轮（22）、（35）的标准中心距为211.75毫米，齿轮（23）、（37）的标准中心距为211.5毫米，两者相差0.25毫米，很容易用变位齿轮来修正。

Claims (6)

1、本发明是为开发城市人粪资源为目的的粪便脱水浓集和浓集人粪加工利用的系列装置，其特征在于：该装置由使粪便浓集的粪车、利用浓集人粪为原料生产产品的干化厂、饲虫厂等组成。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是其粪车装配有粪箱桶、吸粪泵、脱水离心机。

3、根据权利要求1、2所述的装置，其特征是其粪箱桶内底部装有卸料螺旋轴。

4、根据权利要求1、2所述的装置，其特征是其脱水离心机上的甩水桶由外圈支承并和螺旋筒套合同心。

5、根据权利要求1、4所述的装置，其特征是其甩水桶外圈装有齿轮和轴承，内圈为通孔。

6、根据权利要求1、2所述的装置，其特征是其脱水离心机的进料口与吸粪泵出水管密接，出料口与粪箱桶相连接。

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