CN106064868B - 污水处理装置、污水处理方法以及生态厕所 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了污水处理装置、污水处理方法以及生态厕所。该装置包括：第一过滤单元；发酵单元，所述发酵单元与所述第一过滤单元相连；沉磷单元，所述沉磷单元与所述发酵单元相连；电化学单元，所述电化学单元与所述沉磷单元相连；以及第二过滤单元，所述第二过滤单元与所述电化学单元相连。由此，可以较好的实现污水的处理，电化学单元所需电压较低，对电极材料无特殊要求，具有成本低廉、能够就地处理粪污而无需运输、处理过程中无二次污染、占地较小以及处理效果较好等优点的至少之一。

Description

污水处理装置、污水处理方法以及生态厕所
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体的，涉及污水处理装置、污水处理方法以及生态厕所。
背景技术
由于水资源的匮乏，污水处理以及节水技术受到了广泛的关注。随着人口的增长，生活用水的用量以及产生的生活污水的量也逐渐增大。冲水式厕所由于解决了露天排便引起的卫生问题而被广泛推广，但冲水式厕所不仅需要消耗大量水资源，同时产生大量含有人体排泄物的生活污水。目前市场上的无水或少水厕所的实现方式主要有真空吸、塑料打包、泡沫封堵等三项技术，但是，这些技术存在二次处理和二次污染的问题。
因此，目前用于处理冲水式厕所产生的污水的处理装置以及方法仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种污水处理装置，该装置以电化学过程为主要处理过程，结合过滤、发酵、沉磷等处理，能够利用较为简单的装置实现污水的处理，具有成本低廉、能够就地处理粪污而无需运输、处理过程中无二次污染、占地较小以及处理效果较好等优点的至少之一。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种污水处理装置。根据本发明的实施例，该装置包括：第一过滤单元，所述第一过滤单元用于对所述污水进行第一过滤处理；发酵单元，所述发酵单元与所述第一过滤单元相连，用于对经过所述第一过滤处理的所述污水进行发酵处理；沉磷单元，所述沉磷单元与所述发酵单元相连，用于对经过所述发酵处理的所述污水进行沉磷处理；电化学单元，所述电化学单元与所述沉磷单元相连，用于对经过所述沉磷处理的所述污水进行电化学处理；以及第二过滤单元，所述第二过滤单元与所述电化学单元相连，用于对经过所述电化学处理的所述污水进行第二过滤处理。由此，可以较好的实现污水的处理，电化学单元所需电压较低，对电极材料无特殊要求，具有成本低廉、能够就地处理粪污而无需运输、处理过程中无二次污染、占地较小以及处理效果较好等优点的至少之一。
根据本发明的实施例，所述第一过滤单元以及所述第二过滤单元中分别独立地设置有多孔过滤材料。由此，可以进一步提高在发酵处理之前，以及电化学处理之后对污水进行过滤处理的效果，从而可以降低电化学处理的负荷，或是进一步提高经过电化学处理获得的净水的质量。
根据本发明的实施例，所述发酵单元中设置有兼性厌氧菌。由此，可以降低对于发酵单元密封程度的要求，有利于进一步降低生产成本。
根据本发明的实施例，所述沉磷单元包括：本体，所述本体限定出沉磷反应腔；发酵污水入口，所述发酵污水入口与所述发酵单元相连且设置在所述本体上；沉磷剂投放口，所述沉磷剂投放口用于投放沉磷剂，所述沉磷剂为含有金属离子的无机盐，所述沉磷剂投放口设置在所述本体上；搅拌器；除磷污水出口，所述除磷污水出口设置在所述本体上且与所述电化学单元相连；以及沉淀出口，所述沉淀出口设置在所述本体上且用于将含磷沉淀排出所述污水处理装置。由此，可以利用沉磷剂降低污水中的总磷量，有利于缓解后续电化学处理等工艺的负荷，从而可以降低生产成本。
根据本发明的实施例，所述电化学单元包括：壳体，所述壳体限定出电化学反应腔；以及多个阳极板和多个阴极板，所述阳极板和所述阴极板交错间隔布置并电连接，所述阳极板以及所述阴极板的至少一部分设置在所述电化学反应腔中。由此，可以提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，所述阳极板以及所述阴极板分别独立地为惰性电极。由此，可以进一步降低生产成本，且避免污水在电解过程中腐蚀阳极板以及阴极板。
根据本发明的实施例，所述阳极板以及所述阴极板的表面分别独立地具有催化剂涂层。由此，可以催化水的电解，从而可以进一步提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，所述阳极板的数量比所述阴极板的数量少1。由于阳极板上发生的是污水中有机物的氧化反应，因此，阳极板的数量比阴极板数量少1个，可以使每一个阳极板的两侧均具有一个阴极板，从而可以使阳极板表面能够发生氧化反应的电极面积最大化，从而有利于进一步提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，该污水处理装置进一步包括：污水收集单元，所述污水收集单元与所述第一过滤单元相连；净水箱，所述净水箱与所述第二过滤装置相连；控制单元，所述控制单元分别与所述第一过滤单元、发酵单元、沉磷单元、电化学单元以及所述第二过滤单元相连。由此，可以进一步提高该装置处理污水的效率以及效果。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种污水处理方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)对所述污水进行第一过滤处理；(2)对经过所述第一过滤处理的污水进行发酵处理；(3)对经过所述发酵处理的所述污水进行沉磷处理；(4)对经过所述沉磷处理的所述污水进行电化学处理；以及(5)对经过所述电化学处理的所述污水进行第二过滤处理。由此，可以较好的实现污水的处理，电化学处理所需电压较低，对电极材料无特殊要求，具有成本低廉、能够就地处理粪污而无需运输、处理过程中无二次污染、占地较小以及处理效果较好等优点的至少之一。
根据本发明的实施例，在步骤(1)中，利用多孔过滤材料对所述污水进行所述第一过滤处理，所述第一过滤处理的时间为0.5～3天。由此，可以进一步提高第一过滤处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，在步骤(5)中，利用所述多孔过滤材料对所述污水进行所述第二过滤处理，所述第二过滤处理的时间为0.5～3天。由此，可以进一步提高第二过滤处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，在步骤(2)中，在所述污水中添加兼性厌氧菌进行所述发酵处理，所述发酵处理的时间为5～8天。由此，可以降低发酵处理对于设备密封性的要求，且可以保证发酵处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，在步骤(3)中，所述沉磷处理是通过在所述污水中投放沉磷剂并搅拌而实现的，所述沉磷剂为含有金属离子的无机盐，所述沉磷处理的处理时间为0.5～2天。含有金属离子的无机盐可以与污水中的磷(磷酸根等)形成沉淀，从而可以降低无水肿的总磷量，缓解后续处理的负荷，进而可以进一步降低如电化学处理等步骤对设备的要求，从而有利于降低生产成本。
根据本发明的实施例，在步骤(4)中，所述电化学处理是通过采用电连接的多个阳极板以及多个阴极板电解所述污水实现的，所述阳极板以及所述阴极板分别独立地为惰性电极。由此，可以进一步提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，所述阳极板以及所述阴极板表面分别独立地具有催化剂涂层。由此，可以利用具有催化功能的金属或是金属氧化物催化剂催化污水的电解，从而可以进一步提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，所述阳极板的数量比所述阴极板的数量少1。由于阳极板上发生的是污水中有机物的氧化反应，因此，阳极板的数量比阴极板数量少1个，可以使每一个阳极板的两侧均具有一个阴极板，从而可以使阳极板表面能够发生氧化反应的电极面积最大化，从而有利于进一步提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，所述阳极板以及所述阴极板通过串联或者并联形成电化学回路，所述电化学处理是通过对所述电化学回路施加2～5V的电压实现的，所述电化学处理的时间为4～8小时。由此，可以进一步提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，在步骤(4)中，进一步包括：向所述污水中投放电解质。由此，可以进一步提高污水的导电率，从而有利于进一步提高电化学处理的效率以及效果。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种污水处理方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)采用沸石对所述污水进行第一过滤处理，所述第一过滤处理时间为0.5～3天；(2)在经过步骤(1)的所述污水中投放兼性厌氧菌以便对所述污水进行发酵处理，所述兼性厌氧菌在所述污水中的投放比例为(30g～50g)：15L，所述发酵处理的时间为5～8天；(3)在经过步骤(2)的所述污水中投放含有Mg2+离子的无机盐以便对所述污水进行沉磷处理，所述Mg2+离子在污水中的投放量为1-3g/L，所述沉磷处理为在搅拌的条件下进行5～8天；(4)对经步骤(3)的所述污水进行电化学处理，所述电化学处理为利用多个电连接的阳极板以及阴极板组成电化学回路电解所述污水，所述电解为对所述电化学回路施加2～5V的电压，处理4～8小时，所述阳极板以及阴极板的表面分别独立地具有催化剂涂层；以及(5)采用沸石对经过步骤(4)的所述污水进行第二过滤处理，所述第二过滤处理时间为0.5～3天。由此，可以较好的实现污水的处理，该方法电化学处理所需电压较低，对电极材料无特殊要求，具有成本低廉、能够就地处理粪污而无需运输、处理过程中无二次污染、占地较小以及处理效果较好等优点的至少之一。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种生态厕所。根据本发明的实施例，该生态厕所包括：粪便处理装置，所述粪便处理装置具有物料入口、固料出口以及液体出口；以及前面描述的污水处理装置，所述污水处理装置与所述液体出口相连。由此，该生态厕所具有前面所述的污水处理装置的全部特征以及优点，在此不再赘述。具体的，该生态厕所可以实现粪污的就地处理而无需运输，成本较低，污水处理效果较好。
附图说明
图1显示了根据本发明一个实施例的污水处理装置的结构示意图；
图2显示了根据本发明另一个实施例的污水处理装置的结构示意图；
图3显示了根据本发明一个实施例的沉磷单元的结构示意图；
图4显示了根据本发明一个实施例的电化学单元的部分结构示意图；
图5显示了根据本发明一个实施例的电化学单元沿宽度方向的纵截面部分结构示意图；
图6显示了根据本发明一个实施例的电化学单元沿长度方向的纵截面部分结构示意图；
图7显示了根据本发明一个实施例的电化学单元的工作原理示意图；
图8显示了根据本发明一个实施例的污水处理方法的流程示意图；以及
图9显示了根据本发明实施例1中获得的净水的实物图。
附图标记说明：
100：第一过滤单元；200：发酵单元；300：沉磷单元；310：发酵污水入口；320：沉磷剂投放口；330：除磷污水出口；340：沉淀出口；350：搅拌器；400：电化学单元；410：阴极板；420：
阳极板；500：第二过滤单元；600：污水收集单元；700：净水箱。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种污水处理装置。根据本发明的实施例，参考图1，该装置包括：第一过滤单元100、发酵单元200、沉磷单元300、电化学单元400以及第二过滤单元500。该污水处理装置在实际使用时，污水依次经过第一过滤单元100、发酵单元200、沉磷单元300、电化学单元400以及第二过滤单元500进行处理，即可获得经过处理净化的净化水。
发明人发现，目前利用电化学工艺的污水处理装置，普遍存在污水处理效果较差、能耗高、电极成本高昂等缺陷。而这主要是由于利用电化学氧化还原过程进行污水处理时，需要首先利用电能将水分解为羟基自由基，利用羟基自由基的强氧化性，在电极表面将水中的有机污染物氧化分解。而如污水中所含污染物过多，则电化学电解过程负荷较重，需要提供较高的电能才能够实现较好的污水分解效果。此外，生成羟基自由基的电位与污水的化学环境(pH值、化学成分等)有关，而一般的污水中生产羟基自由基的电位也较高。而如需要节省电能，则需要采用诸如硼掺杂金刚石等电化学活性较高的材料构成的电极，以降低生成羟基自由基的电位或是提高污染物分解的效率以及效果。硼掺杂金刚石等材料的使用，无疑将大幅提高设备成本。上述问题的另一种解决方案是通过在对污水进行电化学处理之前，先利用多种前处理手段，降低污水中的有机污染物，以缓解电化学处理的负荷。而前处理装置设置的不合理，导致了目前利用电化学方法处理污水时，前处理工艺复杂、设备占地较大、污水处理效果较差等问题。根据本发明实施例的污水处理装置，通过合理选择处理技术并设置各个单元的处理顺序，可以有效降低电化学单元300的负荷，使得无需使用高电压以及较为昂贵的电极材料即可获得较好的有机物降解效果，具有成本低廉、能够就地处理粪污而无需运输、处理过程中无二次污染、占地较小以及处理效果较好等优点的至少之一，特别适用于处理冲水厕所产生的生活污水(粪污)。
下面根据本发明的实施例，对上述污水处理装置的各个单元以及部件进行详细说明。
根据本发明的实施例，第一过滤单元100中设置有多孔过滤材料。由此，可以降低污水中的固含量，从而可以降低电化学处理的负荷。发明人意外地发现，首先利用第一过滤单元100对污水进行第一过滤处理，不仅可以降低固含量，还能够显著降低污水中的NH3-N含量。具体的，可以在第一过滤单元100中设置具有较大比较面积以及较好吸附性能的多孔过滤材料，例如，考虑到吸附性能以及材料成本，上述多孔过滤材料可以为沸石。需要说明的是，在第一过滤单元100中，多孔过滤材料的设置方式不受特别限制，本领域技术人员可以根据污水中固含量的具体情况以及污水处理装置的占地面积等实际情况进行设计。例如，第一过滤单元100可以为具有进水口以及出水口的腔体，将沸石铺设在第一过滤单元100的腔体中，进水口以及出水口分别位于腔体中相对设置的两个侧壁上，或者将进水口设置在腔体顶部，出水口设置在腔体底部。由此，可以利用铺设在腔体中的沸石，对流经第一过滤单元100的污水进行第一过滤处理，以便降低污水中的固含量。根据本发明的实施例，第一过滤处理的时间可以为0.5～3天。本领域技术人员能够理解的是，对第一过滤处理时间的调控可以通过定期向第一过滤单元100中注入一定量的污水，使其在第一过滤单元100中停留上述时间之后再排出实现。或者，可以使污水缓慢地流经第一过滤单元100，调节污水流动的流速，使污水流经第一过滤单元100的时间满足第一过滤处理的时间要求。
根据本发明的实施例，第一过滤单元100还可以进一步包括监控组件，用于监控多孔过滤材料的堵塞情况，以便在污水中固含量过量或是污水流通量过大时，设置在第一过滤单元100中的多孔过滤材料堵塞之前及时更换多孔过滤材料或者对多孔过滤材料进行清洁。具体的，监控组件可以包括监控器以及多孔材料清洁器。其中，监控器用于检测多孔材料是否发生堵塞，多孔材料清洁器用于清洁多孔材料表面以缓解堵塞(例如，采用水枪冲洗多孔材料表面)。具体的，监控器可以为在第一过滤单元100中设置智能眼，直接监控多孔过滤材料表面的清洁程度；或者，可以在进水口和/或出水口处设置流量计，通过对比一段时间内进水口以及出水口处的流量，判断进水口处以及出水口处的沸石是否发生堵塞(如流量急剧降低，则判断沸石堵塞)；或者，可以在第一过滤单元100的腔室中设置液位传感器，并在进水口以及出水口处设置流量计或是控制阀，以便控制第一过滤单元100的污水处理量为一定值(即单位时间内流经第一过滤单元100的水量为固定数值)。当进水口或是出水口处的多孔过滤材料发生堵塞时，腔体内的水位量将发生变化，否则腔体内的水位将基本维持不变(进水口堵塞，水位下降；出水口堵塞，水位上升)。由此，可以实时监控第一过滤单元100的过滤效果。第二过滤单元500可以具有与第一过滤单元100相同的特征以及优点，所不同的是，第二过滤单元500与电化学处理单元400相连，用于对经过电化学处理的污水进行第二过滤处理，并最终输出净水。
根据本发明的实施例，经过第一过滤单元100处理的污水进入与其相连的发酵单元200中进行发酵处理。由此，可以降低污水的化学需氧量(COD)，从而可以缓解后续电化学单元的工作负荷。发酵单元200中可以设置有兼性厌氧菌。兼性厌氧菌在好氧以及厌氧环境中均可以实现发酵分解有机物的过程，由此，可以降低对于发酵单元密封程度的要求，有利于进一步降低生产成本。需要说明的是，发酵单元200的具体结构以及兼性厌氧菌的具体类型均不受特别限制，只要能够实现污水的发酵处理即可。例如，根据本发明的具体实施例，可以在发酵单元200的顶部可以设有观察口以及用于封闭观察口的透明板体。由此，可以通过观察口查看发酵单元200中的情况，方便维护、清洗以及添加兼性厌氧菌。根据本发明的一些实施例，兼性厌氧菌在污水中的投放比例可以为(30g～50g):15L，发酵处理的时间为5～8天。本领域技术人员能够理解的是，对发酵处理时间的调控可以通过定期向发酵单元200中注入经过第一过滤的污水，进行一段时间的发酵处理之后再排出发酵单元200中实现。或者，可以使污水缓慢地流经发酵单元200，调节污水流动的流速，使污水流经发酵单元200的时间满足发酵处理时间的要求。
根据本发明的实施例，沉磷单元300用于对经过发酵处理的污水进行沉磷处理。具体的，根据本发明的实施例，参考图3，沉磷单元300可以包括由本体限定出的沉磷反应腔(图中未示出)、发酵污水入口310、沉磷剂投放口320、除磷污水出口330、沉淀出口340以及搅拌器350。具体的，发酵污水入口310与发酵单元200相连且设置在本体上，沉磷剂投放口320设置在本体上且用于投放沉磷剂，沉磷剂为含有金属离子的无机盐。除磷污水出口330设置在本体上且与电化学单元400相连，沉淀出口340设置在本体上且用于将含磷沉淀排出污水处理装置。搅拌器350的搅拌部设置在沉磷反应腔中，以便提高沉磷剂于污水的混合效果，从而可以提高金属离子沉淀含磷基团的效率以及效果。需要说明的是，在本发明中，沉磷剂的具体类型不受特别限制，只要含有能够沉淀含磷基团(如磷酸根)的金属离子即可。例如，沉磷剂可以为氯化镁、硫酸镁等。沉磷剂的投放量可以根据污水的具体化学成分以及沉磷剂的具体种类进行调节。根据本发明的具体实施例，当处理的污水为原尿液，且在进行沉磷处理之前预先经过了上述的第一过滤处理以及第二过滤处理时，可以选择含有Mg2+的沉磷剂。投放沉磷剂的量可以按照镁离子在污水中的含量为1～3g/L进行调节。例如，可以调节镁离子在污水中的含量为1.5g/L。由此，可以利用沉磷剂降低污水中的总磷量，有利于缓解后续电化学处理等工艺的负荷，从而可以降低生产成本。
根据本发明的实施例，经过沉磷处理的污水供给至电化学单元400中进行电化学处理。根据本发明的实施例，参考图4，电化学单元400包括壳体，壳体限定出电化学反应腔(图中未示出)。电化学反应腔中交错间隔布置有多个电连接的阳极板420和多个阴极板410。换句话说，参考图5，在电化学反应腔中，两个相邻的极板之间均具有一定的距离以防止短路，且阴极板410与阳极板420交替设置，任意一个阴极板410一定与阳极板420相邻，任意一个阳极板420也一定与阴极板410相邻。参考图6，阳极板420以及阴极板410的至少一部分设置在电化学反应腔中。本领域技术人员能够理解的是，由于阳极板420以及阴极板410的表面发生氧化还原反应进而实现污水的电化学处理过程，因此，阳极板420以及阴极板410位于电化学反应腔中的面积应当尽可能大。为了方便阳极板420以及阴极板410之间的电连接，可以将阳极板420以及阴极板410的一部分设置在电化学反应腔之外，方便整体连接或是更换电极。阳极板420以及阴极板410可以通过串联或者并联形成电化学回路。
为了方便理解，下面对电化学技术处理污水的原理进行简要说明：
电化学法处理污水的过程一般在常温、常压条件下进行，污水中有害物质通过电解过程在阳-阴两极上分别发生氧化还原反应或絮凝沉淀或离子的转移浓缩而去除。在本发明中，参考图6，利用电化学氧化还原过程进行污水的电化学处理，在阳极板420上利用电能将水分解为羟基自由基(H2O失电子生成·H2O，最终分解为羟基自由基以及氢自由基)，同时阴极板410上发生对应的水还原反应并析出氢气。利用羟基自由基的强氧化性，在阳极板420的电极表面将水中的有机污染物(图7中以R(污水)表示)氧化为RO，最终分解为氧化终产物(CO2、N2、H2O)。阳极板420面发生的电化学反应可以表示如下：
H2O→·H2O+e-→·OH+·H
R(有机物)→RO+e-→CO2+H2O+e-
当所处理的污水为冲水厕所产生的污水(粪污)，例如，为原尿液时，污水中还含有较多的Cl离子。此时，Cl离子可以在阳极板420上发生氧化反应，生成Cl2，Cl2溶于水生成次氯酸(HClO)，次氯酸电离生成的次氯酸根可作为强氧化剂，辅助羟基自由基分解有机污染物。因此，在污水中还存在如下的活性氯循环：
2Cl-→Cl2+2e-；
Cl2+H2O→HOCl+H++Cl-；HOCl→OCl-+H+
此时，电化学单元400中发生的电化学总反应可以表示为：
R(有机物)+Cl2/HOCl/OCl-→CO2+H2O+Salts
其中，Salts(盐类)表示污水溶液中含有氯离子的盐类。
由于在采用电化学单元400进行电化学处理之前，已经预先对污水进行了第一过滤处理、发酵处理以及沉磷处理，因此在电化学单元400中，无需采用昂贵的电极材料即可有效降解污水中的污染物。具体的，阳极板420以及阴极板410可以为惰性电极(即电极材料在电化学处理过程中不发生反应的电极)。例如，可以为钛基贵金属电极及不锈钢电极。由此，可以进一步降低生产成本，且避免污水在电解过程中腐蚀阳极板以及阴极板。根据本发明的实施例，为了提高电化学处理的效率以及效果，可以在阳极板420以及阴极板410的涂覆催化剂形成的涂层。例如，可以采用钛基金属氧化物涂层材料形成阳极板420以及阴极板410。涂层材料可以包括铂、钌、铱等贵金属，也可以为具有催化水分解功能的铅、锡、铋、锑等金属的氧化物。根据本发明的实施例，阳极板420的数量比阴极板410的数量少1。由于阳极板上发生的是污水中有机物的氧化反应，因此，阳极板的数量比阴极板数量少1个，可以使每一个阳极板的两侧均具有一个阴极板，从而可以使阳极板表面能够发生氧化反应的电极面积最大化，从而有利于进一步提高电化学处理的效率以及效果。为了进一步提高电化学单元400中污水的导电率，可以适当向电化学单元400中添加电解质。在本发明中，电解质的具体类型不受特别限制，只要是不影响水质的强电解质无机盐即可。例如，可以为氯化钠。根据本发明的实施例，通过对阳极板以及阴极板形成的电化学回路施加2～5V的电压即可实现对污水进行电化学处理。电化学处理的时间可以为4～8小时。例如，根据本发明的具体实施例，可以在3.5V电压下，处理6小时，即可获得较为理想的污水处理效果。经过上述处理，污水中的COD含量显著下降，可以比未经处理的污水(例如，原尿液)降低约1个数量级。由此，可以进一步提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，参考图2，该污水处理装置还可以进一步包括污水收集单元600、净水箱700以及控制单元(图中未示出)。根据本发明的实施例，污水收集单元600与第一过滤单元100相连，可以用于储存污水。净水箱700与第二过滤装置500相连，用于储存经过第二过滤处理的净水。控制单元分别与第一过滤单元、发酵单元、沉磷单元、电化学单元以及所述第二过滤单元相连，以便为污水流经上述单元提供动力，并单独控制污水流经各个单元的流速。由此，可以进一步提高该装置处理污水的效率以及效果。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种污水处理方法。该方法具有成本低廉、能够就地处理粪污而无需运输、处理过程中无二次污染、占地较小以及处理效果较好等优点的至少之一，特别适用于处理冲水厕所产生的生活污水(粪污)。根据本发明的实施例，参考图8，该方法包括：
S100：第一过滤处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，对污水进行第一过滤处理。具体的，在该步骤中，可以利用多孔过滤材料对污水进行第一过滤处理，第一过滤处理的时间可以为0.5～3天。由此，可以有效降低污水的固含量以及NH3-N含量，从而可以缓解后续处理的负荷，进而提高利用该方法进行污水处理的效率以及效果。根据本发明的另一些实施例，第一过滤处理可以是利用前面描述的第一过滤单元实现的。因此，第一过滤处理具有与前面描述的第一过滤单元在处理污水时相同的特征以及优点，在此不再赘述。
S200：发酵处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，对经过第一过滤处理的污水进行发酵处理。由此，可以降低污水的化学需氧量，缓解后续电化学处理的负荷。根据本发明的另一些实施例，在该步骤中可以在污水中添加兼性厌氧菌，发酵处理的时间可以为5～8天。由此，可以降低发酵处理对于设备密封性的要求，且可以保证发酵处理的效率以及效果。根据本发明的另一些实施例，发酵处理可以是利用前面描述的发酵单元实现的。因此，发酵处理具有与前面描述的发酵单元在处理污水时相同的特征以及优点，在此不再赘述。
S300：沉磷处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，对经过发酵处理的污水进行沉磷处理。由此，可以降低污水中的总磷量(total-P)，从而缓解后续电化学处理的负荷。具体的，在该步骤中，可以在污水中投放沉磷剂并搅拌。沉磷剂可以具有与前面描述的沉磷单元中投放的沉磷剂相同的特征以及优点，在此不再赘述。根据本发明的另一些实施例，沉磷处理可以是利用前面描述的沉磷单元实现的。因此，沉磷处理具有与前面描述的沉磷单元在处理污水时相同的特征以及优点，在此不再赘述。
S400：电化学处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，对经过沉磷处理的污水进行电化学处理。电化学处理是通过采用电连接的多个阳极板以及多个阴极板电解所述污水实现的。关于电化学处理污水的原理以及阳极板、阴极板表面发生的反应，前面已经进行了详细的描述，在此不再赘述。根据本发明的实施例，阳极板以及阴极板分别独立地为惰性电极。为了进一步提高电化学处理的效率以及效果，阳极板以及阴极板表面还可以分别独立地具有催化剂涂层。上述涂层可以具有前面描述的由此，可以利用金属氧化物催化剂催化污水的电解，从而可以进一步提高电化学处理的效率以及效果。
根据本发明的实施例，阳极板的数量可以比阴极板的数量少1。由于阳极板上发生的是污水中有机物的氧化反应，因此，阳极板的数量比阴极板数量少1个，可以使每一个阳极板的两侧均具有一个阴极板，从而可以使阳极板表面能够发生氧化反应的电极面积最大化，从而有利于进一步提高电化学处理的效率以及效果。根据本发明的实施例，阳极板以及阴极板通过串联或者并联形成电化学回路，电化学处理是通过对电化学回路施加2～5V的电压实现的，电化学处理的时间可以为4～8小时。为了进一步提高电化学处理的效率，可以适当向污水中添加电解质。在本发明中，电解质的具体类型不受特别限制，只要是不影响水质的强电解质无机盐即可。例如，可以为氯化钠。经过上述处理，污水中的COD含量显著下降，可以比未经处理的污水(例如，原尿液)降低约1个数量级。根据本发明的另一些实施例，电化学处理可以是利用前面描述的电化学单元实现的。因此，电化学处理具有与前面描述的电化学单元在处理污水时相同的特征以及优点，在此不再赘述。
S500：第二过滤处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，对经过电化学处理的污水进行第二过滤处理。第二过滤处理可以具有与第一过滤处理相同的特征以及优点，在此不再赘述。由于电化学处理过程不仅能够分解污水中的有机污染物，还具有一定的絮凝作用，因此，对经过电化学处理的污水进行第二过滤处理可以进一步降低水中的固含量，获得净水。根据本发明的另一些实施例，第二过滤处理可以是利用前面描述的第二过滤单元实现的。因此，第二过滤处理具有与前面描述的第二过滤单元在处理污水时相同的特征以及优点，在此不再赘述。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种污水处理方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)采用沸石对污水进行第一过滤处理，第一过滤处理时间的为0.5～3天。由此，可以降低污水的固含量以及NH3-N含量，缓解后续处理步骤的负荷。
(2)在经过第一过滤处理的污水中投放兼性厌氧菌，以便对污水进行发酵处理。兼性厌氧菌在污水中的投放比例为(30g～50g)：15L，发酵处理的时间为5～8天。由此，可以降低污水的化学需氧量(COD)，从而可以缓解后步骤的工作负荷。
(3)在经过发酵处理的污水中投放含有Mg2+离子的无机盐以便对所述污水进行沉磷处理，Mg2+在污水中的投放量为1-3g/L，沉磷处理为在搅拌的条件下进行5～8天。由此，可以利用Mg2+降低污水中的总磷量，有利于缓解后续电化学处理等工艺的负荷，从而可以降低生产成本。
(4)对经沉磷处理的污水进行电化学处理，电化学处理为利用多个电连接的阳极板以及阴极板组成电化学回路电解污水，电解为对电化学回路施加2～5V的电压，处理4～8小时。阳极板以及阴极板的表面分别独立地具有催化剂涂层。由此，可以在较小的电压以及较短的时间内实现污水中COD含量的降低。经过电化学处理，污水中的COD含量显著下降，可以比未经处理的污水(例如，原尿液)降低约1个数量级。
(5)采用沸石对经过电化学处理的污水进行第二过滤处理，第二过滤处理时间为0.5～3天。由于电化学处理过程不仅能够分解污水中的有机污染物，还具有一定的絮凝作用，因此，对经过电化学处理的污水进行第二过滤处理可以进一步降低水中的固含量，获得净水。
该方法电化学处理所需电压较低，对电极材料无特殊要求，具有成本低廉、能够就地处理粪污而无需运输、处理过程中无二次污染、占地较小以及处理效果较好等优点的至少之一。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种生态厕所。根据本发明的实施例，该生态厕所包括：粪便处理装置以及前面描述的污水处理装置。具体的，粪便处理装置具有物料入口、固料出口以及液体出口。其中，物料入口用于将生态厕所所产生的粪污供给至粪便处理装置中，以便粪污在粪便处理装置中实现固液分离。固态粪污通过固料出口排出，可以用于堆肥或是供给至沼气池进行利用。液态粪污通过液体出口供给至前面描述的污水处理装置中，以便利用前面描述的污水处理装置对液态粪污进行处理。由此，该生态厕所具有前面所述的污水处理装置的全部特征以及优点，在此不再赘述。具体的，该生态厕所可以实现粪污的就地处理而无需运输，成本较低，污水处理效果较好。
下面通过具体的实施例对本发明进行说明，本领域技术人员能够理解的是，下面的具体的实施例仅仅是为了说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围。另外，在下面的实施例中，除非特别说明，所采用的材料和设备均是市售可得的。如果在后面的实施例中，未对具体的处理条件和处理方法进行明确描述，则可以采用本领域中公知的条件和方法进行处理。
实施例1处理原尿液
收集15L原尿液作为污水，采用根据本发明实施例的污水处理方法进行处理。将收集的15L原尿液(污水)注入铺满沸石的容器中放置3天进行第一过滤处理。然后将经过第一过滤处理的污水注入到含有兼性厌氧菌的发酵池中进行发酵处理，其中，兼性厌氧菌在污水中的投放比例为50g:15L，发酵处理的时间为7天。在经过发酵处理的污水中投入氯化镁，使Mg2+在污水中的含量为1.5g/L，并搅拌混合均匀，反应1天进行沉磷。取经过沉磷处理的上层溶液，注入到由10个阳极板以及11个阴极板交错间隔分布的电解池中进行电解。阳极板以及阴极板由钛基贵金属电极及不锈钢电极构成，阳极以及阴极并联形成电化学回路。对电化学回路施加3.5V电压，电解6小时。随后，对经过电解的溶液进行第二过滤处理，将溶液注入到铺满沸石的容器中放置2天，即获得经过处理的净水。净水的色度如图9所示。
实施例2处理原尿液
收集15L原尿液作为污水，采用根据本发明实施例的污水处理方法进行处理。将收集的15L原尿液(污水)注入铺满沸石的容器中放置1天进行第一过滤处理。然后将经过第一过滤处理的污水注入到不含发酵菌的发酵池中进行封闭发酵处理，发酵处理的时间为6天。在经过发酵处理的污水中投入氯化镁，使Mg2+在污水中的含量为2g/L，并搅拌混合均匀，反应1天进行沉磷。取经过沉磷处理的上层溶液，注入到由10个阳极板以及11个阴极板交错间隔分布的电解池中进行电解。阳极板以及阴极板由钛基贵金属电极及不锈钢电极构成，阳极以及阴极并联形成电化学回路。对电化学回路施加4V电压，电解5小时。随后，对经过电解的溶液进行第二过滤处理，将溶液注入到铺满沸石的容器中放置1天，即获得经过处理的净水。
实施例3处理原尿液
收集15L原尿液作为污水，采用根据本发明实施例的污水处理方法进行处理。将收集的15L原尿液(污水)注入铺满沸石的容器中放置3天进行第一过滤处理。然后将经过第一过滤处理的污水注入到含有兼性厌氧菌的发酵池中进行发酵处理，其中，兼性厌氧菌在污水中的投放比例为40g:15L，发酵处理的时间为6天。在经过发酵处理的污水中投入硫酸镁，使Mg2+在污水中的含量为1mg/L，并搅拌混合均匀，反应1天进行沉磷。取经过沉磷处理的上层溶液，注入到由10个阳极板以及11个阴极板交错间隔分布的电解池中进行电解。阳极板以及阴极板由钛基贵金属电极及不锈钢电极构成，阳极以及阴极并联形成电化学回路。对电化学回路施加3.5V电压，电解6小时。随后，对经过电解的溶液进行第二过滤处理，将溶液注入到铺满沸石的容器中放置2天，即获得经过处理的净水。
参数测定
对原尿液以及实施例1～3中，经过各处理步骤的污水以及最后获得的净水中的COD、NH3-N、总磷含量、大肠杆菌、色度以及浊度进行测定。对比发现，实施例1～3中，经过第一过滤处理的污水的COD、NH3-N、总磷含量，与原尿液中的上述参数相比，各项参数均有降低，其中，NH3-N含量降低较为显著(降低约三分之一)。由此可以说明，第一过滤处理不仅有利于降低污水的固含量，还能够降低NH3-N含量，从而可以降低后续处理的负荷。对实施例1～3中经过发酵处理的污水的COD、NH3-N、总磷含量进行测定发现，实施例1～3的上述参数均有进一步降低，其中COD降幅最为显著。实施例1以及实施例3(投入兼性厌氧菌)的COD、总磷含量与实施例2(不加发酵菌)相比降幅更大。对实施例1～3中经过沉磷处理的污水的COD、NH3-N、总磷含量进行测定发现，实施例1～3的上述参数均有进一步降低，其中总磷含量降幅最为显著。且实施例1、实施例2(加入氯化镁)与实施例3(加入硫酸镁)相比，总磷含量的降幅基本相当。对实施例1～3中经过电化学处理的污水的COD、NH3-N、总磷含量进行测定，各项参数均有较为显著的降低，其中，实施例1～3经过电化学处理后的污水COD含量与进行电化学处理前相比降幅最为显著，实施例1～3经过电化学处理后的COD含量与原尿液相比均降低了1个数量级。由此可以看出，电化学处理为该方法中的主要净化步骤。对实施例1～3中获得的净水的COD、NH3-N、总磷含量进行测定，COD、NH3-N、总磷含量、大肠杆菌、色度以及浊度与原尿液相比均有明显降低。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“上”、“下”、“内”、“外”、“长度方向”、“宽度方向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (21)

1.一种污水处理装置，其特征在于，包括：
第一过滤单元，所述第一过滤单元用于对所述污水进行第一过滤处理；
发酵单元，所述发酵单元与所述第一过滤单元相连，用于对经过所述第一过滤处理的所述污水进行发酵处理；
沉磷单元，所述沉磷单元与所述发酵单元相连，用于对经过所述发酵处理的所述污水进行沉磷处理；
电化学单元，所述电化学单元与所述沉磷单元相连，用于对经过所述沉磷处理的所述污水进行电化学处理；以及
第二过滤单元，所述第二过滤单元与所述电化学单元相连，用于对经过所述电化学处理的所述污水进行第二过滤处理，
所述电化学单元具有阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板电连接，并可令水在所述阳极板上利用电能分解为羟基自由基，同时在所述阴极板上发生水还原反应。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述第一过滤单元以及所述第二过滤单元中分别独立地设置有多孔过滤材料。
3.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述发酵单元中设置有兼性厌氧菌。
4.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述沉磷单元包括：
本体，所述本体限定出沉磷反应腔；
发酵污水入口，所述发酵污水入口与所述发酵单元相连且设置在所述本体上；
沉磷剂投放口，所述沉磷剂投放口用于投放沉磷剂，所述沉磷剂为含有金属离子的无机盐，所述沉磷剂投放口设置在所述本体上；
搅拌器；
除磷污水出口，所述除磷污水出口设置在所述本体上且与所述电化学单元相连；以及
沉淀出口，所述沉淀出口设置在所述本体上且用于将含磷沉淀排出所述污水处理装置。
5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述电化学单元包括：
壳体，所述壳体限定出电化学反应腔；以及
多个所述阳极板和多个所述阴极板，所述阳极板和所述阴极板交错间隔布置，所述阳极板以及所述阴极板的至少一部分设置在所述电化学反应腔中。
6.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于，所述阳极板以及所述阴极板分别独立地为惰性电极。
7.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于，所述阳极板以及所述阴极板的表面分别独立地具有催化剂涂层。
8.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于，所述阳极板的数量比所述阴极板的数量少1。
9.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，进一步包括：
污水收集单元，所述污水收集单元与所述第一过滤单元相连；
净水箱，所述净水箱与所述第二过滤装置相连；
控制单元，所述控制单元分别与所述第一过滤单元、所述发酵单元、所述沉磷单元、所述电化学单元以及所述第二过滤单元相连。
10.一种污水处理方法，其特征在于，包括：
(1)对所述污水进行第一过滤处理；
(2)对经过所述第一过滤处理的污水进行发酵处理；
(3)对经过所述发酵处理的所述污水进行沉磷处理；
(4)对经过所述沉磷处理的所述污水进行电化学处理；以及
(5)对经过所述电化学处理的所述污水进行第二过滤处理，
电化学单元具有阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板电连接，所述电化学处理可令水在所述阳极板上利用电能分解为羟基自由基，同时在所述阴极板上发生水还原反应。
11.根据权利要求10所述的污水处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，利用多孔过滤材料对所述污水进行所述第一过滤处理，所述第一过滤处理的时间为0.5～3天。
12.根据权利要求10所述的污水处理方法，其特征在于，在步骤(5)中，利用多孔过滤材料对所述污水进行所述第二过滤处理，所述第二过滤处理的时间为0.5～3天。
13.根据权利要求10所述的污水处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，在所述污水中添加兼性厌氧菌进行所述发酵处理，所述发酵处理的时间为5～8天。
14.根据权利要求10所述的污水处理方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述沉磷处理是通过在所述污水中投放沉磷剂并搅拌而实现的，所述沉磷剂为含有金属离子的无机盐，所述沉磷处理的处理时间为0.5～2天。
15.根据权利要求10所述的污水处理方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述电化学处理是通过采用电连接的多个所述阳极板以及多个所述阴极板电解所述污水实现的，所述阳极板以及所述阴极板分别独立地为惰性电极。
16.根据权利要求15所述的污水处理方法，其特征在于，所述阳极板以及所述阴极板表面分别独立地具有催化剂涂层。
17.根据权利要求15所述的污水处理方法，其特征在于，所述阳极板的数量比所述阴极板的数量少1。
18.根据权利要求15所述的污水处理方法，其特征在于，所述阳极板以及所述阴极板通过串联或者并联形成电化学回路，所述电化学处理是通过对所述电化学回路施加2～5V的电压实现的，所述电化学处理的时间为4～8小时。
19.根据权利要求10所述的污水处理方法，其特征在于，在步骤(4)中，进一步包括：向所述污水中投放电解质。
20.一种污水处理方法，其特征在于，包括：
(1)采用沸石对所述污水进行第一过滤处理，所述第一过滤处理时间为0.5～3天；
(2)在经过步骤(1)的所述污水中投放兼性厌氧菌以便对所述污水进行发酵处理，所述兼性厌氧菌在所述污水中的投放比例为(30g～50g):15L，所述发酵处理的时间为5～8天；
(3)在经过步骤(2)的所述污水中投放含有Mg2+离子的无机盐以便对所述污水进行沉磷处理，所述Mg2+离子在污水中的投放量为1-3g/L，所述沉磷处理为在搅拌的条件下进行5～8天；
(4)对经步骤(3)的所述污水进行电化学处理，所述电化学处理为利用多个电连接的阳极板以及阴极板组成电化学回路电解所述污水，所述电解为对所述电化学回路施加2～5V的电压，处理4～8小时，所述阳极板以及阴极板的表面分别独立地具有催化剂涂层，所述阳极板和所述阴极板电连接，所述电化学处理可令水在所述阳极板上利用电能分解为羟基自由基，同时在所述阴极板上发生水还原反应；以及
(5)采用沸石对经过步骤(4)的所述污水进行第二过滤处理，所述第二过滤处理时间为0.5～3天。
21.一种生态厕所，其特征在于，包括：
粪便处理装置，所述粪便处理装置具有物料入口、固料出口以及液体出口；以及
权利要求1～9任一项所述的污水处理装置，所述污水处理装置与所述液体出口相连。
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