CN108331128A - 一种粪便源分离的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种粪便源分离的装置与方法，采用分离便器分别收集大便与尿液，如厕完毕并给出冲洗信号后，高压冲洗阀开启对便器进行短时冲洗，随后在真空抽吸系统的作用下将收集到的粪便抽吸至真空转换腔内，粪便在墙体内短暂停留后被输送至粪便处置系统，尿液收集区内的尿液则以重力自流的方式进行收集，通过尿液输送干管的自动排放阀定时将尿液输送至处理系统进行营养物质回收。本发明中连接便器的管道系统为负压，粪便散发的臭味不会扩散，提高了公厕内的卫生条件；单次大便冲洗耗水量不超过0.5L，较传统大便器冲洗水箱用水量减少约80～90％；同时可将尿液和粪便单独收集，为二者的无害化处置和资源化利用提供了基础条件。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，特别涉及一种粪便源分离的装置与方法。
背景技术
对自然资源大规模攫取用于社会生产和经济建设的野蛮发展方式以无法适应现阶段的发展需求，建设清洁生产产业、推进资源全面节约和循环利用是未来经济和社会发展的首要原则。人口密集的城市每天消耗大量的食物和水源，城市居民所产生的排泄物被自来水快速冲洗，通过市政管网输送至城市污水处理厂，并耗费大量的能源与资源对其进行处理，达到排放标准后排入水体以防止污染物对环境造成危害。
现有的研究资料表明，人类尿液中含有大量的氮磷等营养物质，刚排出人体的尿液中氮元素主要以尿素的形式存在，其含量为8000～10000mg/L；磷元素主要以聚磷酸盐的形式存在，含量为700～2000mg/L。尿液是生活污水中氮磷等营养物质的主要来源。此外，粪便中同样富含氮磷营养盐和有机物。目前，采用鸟粪石沉淀法可对尿液中的氮磷进行高效回收，氮磷营养盐回收率可达95％以上；此外，可采用好氧堆肥的方式对粪便中高浓度的有机物进行稳定化，在该过程中同时可杀死病原菌，最终腐熟的堆肥产物可作为高品质的有机肥用于园林绿化和农业生产。以上方法均为成熟的粪便无害化、资源化处置技术方法，但其应用的前提是对尿液和粪便进行源分离收集，并在此基础上根据尿液、粪便理化性质的不同和资源回收过程的反应条件的差别制定差异化的回收方案。因此，高效、稳定的对粪便进行源分离，并且尽量保证收集到的粪便内不引入外来的水量、表面活性剂、化学除臭剂等物质，对保证后续的粪便资源化利用具有重要意义。
现阶段为了保证厕所的卫生条件，采用源分离的方式对粪便进行收集后，对于便器要进行保洁。目前而言包括两种途径：一种是采用自来水冲洗，耗水量为3～4L/次，该方法在保持厕所卫生的同时向粪便中充入了大量水分，增加了粪便资源化利用的难度及成本；另外一种是采用泡沫封堵，利用发泡液产生的泡沫代替冲洗水，泡沫能有效的起到封堵异味的作用，同时润滑便器，使得排泄物能顺利下滑进入粪便收集箱，该方法可有效阻止排泄物中携带的各类病菌传播，阻止苍蝇、蚊虫的滋生，然而，发泡剂会混入粪便之中，对后续的粪便堆肥过程中微生物生化作用的发挥带来不利影响。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种粪便源分离的装置与方法，采用特制的大小便分离便器分别收集大便与尿液，如厕完毕并给出冲洗信号后，高压冲洗阀开启对便器进行短时冲洗，随后在真空抽吸系统的作用下将收集到的粪便抽吸至真空转换腔内，粪便在墙体内短暂停留后被输送至粪便处置系统，尿液收集区内的尿液则以重力自流的方式进行收集，通过尿液输送干管的自动排放阀定时将尿液输送至处理系统进行营养物质回收。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种粪便源分离的装置，包括：
分离便器1，主要由位于便器前方的尿液收集区1-1，位于便器后方的大便收集区1-2，位于大便收集区1-2上方的便器高压水冲器1-3和便器主体踏板1-4组成；
高压冲洗水管路，与便器高压冲洗器1-3连接，管路上设置高压冲洗阀2；
真空抽吸系统，包括始端连接在大便收集区1-2下方的真空抽吸形式的大便收集支管，支管上设置真空排污阀3，各大便收集支管的末端连接真空转换腔4，真空转换腔4的底部设置排污阀5，真空泵6与带负压传感器的真空罐7相连，真空罐7通过真空管路连接真空转换腔4且在真空管路上设置真空控制阀8；收集到的大便经排污阀5控制排出，进入粪便处置系统；尿液收集区1-1与尿液收集支管相连，并汇聚于尿液输送干管，在尿液输送管路末端设置自动排放阀9，通过自动排放阀9控制尿液流入处理系统。
所述分离便器1位于前部的尿液收集区1-1和位于后部的大便收集区1-2之间存在鞍状隔离区，确保如厕过程中对粪便和尿液的分离收集；尿液收集支管接口直径为Φ15mm，大便收集管接口直径为Φ32mm。
所述真空转换腔4用于维持大便收集支管负压，使得臭味不扩散；确保大便收集支管与真空罐7之间不直接相连，防止抽吸工况下粪便进入真空罐7内，影响系统正常工作。
所述真空转换腔4具有临时存储功能，以在一定程度上实现粪便与少量冲洗水的分离。
所述便器高压冲洗器1-3、高压冲洗阀2、真空排污阀3、排污阀5、真空泵6、控制阀8和自动排放阀9与控制器连接，通过控制器的程序设置，实现自动冲洗、收集。
所述真空罐7容积为150～200L，耐受极限真空度为-101.3KPa；所述真空泵6采用双级旋片式真空泵，由真空罐7上的压力传感器联动控制，控制范围为-98KPa～-70KPa，高启低停。
本发明还提供了基于所述粪便源分离的装置的粪便源分离方法，大便收集部分采用高压冲洗和真空抽吸的方式完成，在确保洁具卫生条件的同时减少冲洗水量，使收集到的粪便可不采取预处理措施而直接进行资源化处置、利用；尿液则以自流的方式进行收集，并输送至尿液处理系统进行营养物质回收。
厕所保洁人员每日对尿液收集区1-1进行人工清洗两次，单次用水量小于1L；或者在尿液收集区1-1两侧增设专用冲洗喷头，冲洗频率1次/h，单次单个喷头用水量小于0.1L。
当大便完毕发出冲洗指令后：
高压冲洗阀2、真空控制阀8同时打开；
高压冲洗阀2开启2s后关闭，延时3～5s后真空排污阀3打开2～4s；
高压冲洗阀2再次开启1～2s；
真空控制阀8关闭，完成一次粪便流程；
当以上步骤重复10～15次后，真空排污阀3与排污阀5同时开启，持续20～30s后同时关闭，随后真空控制阀8开启并维持10～15s；
每5min开启自动排放阀9，每次持续30s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中连接便器的管道系统为负压，粪便散发的臭味不会扩散，提高了公厕内的卫生条件。
2、单次大便冲洗耗水量不超过0.5L，较传统大便器冲洗水箱用水量减少约80～90％。
3、可同时单独收集尿液和粪便，为二者的无害化处置和资源化利用提供了基础条件。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
图2是本发明便器结构示意图(俯视图)。
图3是本发明便器结构示意图(侧剖视图)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种粪便源分离的装置，包括：
分离便器1，主要由位于便器前方的尿液收集区1-1，位于便器后方的大便收集区1-2，位于大便收集区1-2上方的便器高压水冲器1-3和便器主体踏板1-4组成，如图2和图3所示，尿液收集区1-1和大便收集区1-2之间存在鞍状隔离区，确保如厕过程中对粪便和尿液的分离收集；
高压冲洗水管路，与便器高压冲洗器1-3连接，管路上设置高压冲洗阀2；
真空抽吸系统，包括始端连接在大便收集区1-2下方的真空抽吸形式的接口直径为Φ32mm的大便收集支管，支管上设置真空排污阀3，各大便收集支管的末端连接真空转换腔4，真空转换腔4的底部设置排污阀5，真空泵6与带负压传感器的真空罐7相连，真空泵6采用双级旋片式真空泵，由真空罐7上的压力传感器联动控制，控制范围为-98KPa～-70KPa，高启低停。真空罐7容积为150～200L，耐受极限真空度为-101.3KPa，通过真空管路连接真空转换腔4且在真空管路上设置真空控制阀8；真空转换腔4用于维持大便收集支管负压，使得臭味不扩散；确保大便收集支管与真空罐7之间不直接相连，防止抽吸工况下粪便进入真空罐7内，影响系统正常工作。真空转换腔4具有临时存储功能，以在一定程度上实现粪便与少量冲洗水的分离。
根据该装置，收集到的大便经排污阀5控制排出，进入粪便处置系统；尿液收集区1-1与接口直径为Φ15mm的尿液收集支管相连，并汇聚于尿液输送干管，在尿液输送管路末端设置自动排放阀9，通过自动排放阀9控制尿液流入处理系统。
进一步地，可将便器高压冲洗器1-3、高压冲洗阀2、真空排污阀3、排污阀5、真空泵6、控制阀8和自动排放阀9与控制器连接，通过控制器的程序设置，实现自动冲洗、收集。
本发明利用该粪便源分离的装置的粪便源分离方法，大便收集部分采用高压冲洗和真空抽吸的方式完成，在确保洁具卫生条件的同时减少冲洗水量，使收集到的粪便可不采取预处理措施而直接进行资源化处置、利用；尿液则以自流的方式进行收集，并输送至尿液处理系统进行营养物质回收。
具体运行中，可由厕所保洁人员每日对尿液收集区1-1进行人工清洗两次，单次用水量小于1L；或者在尿液收集区1-1两侧增设专用冲洗喷头，冲洗频率1次/h，单次单个喷头用水量小于0.1L。
当设置控制器后，自动冲洗、收集的过程如下：
当大便完毕发出冲洗指令后：
高压冲洗阀2、真空控制阀8同时打开；
高压冲洗阀2开启2s后关闭，延时3～5s后真空排污阀3打开2～4s；
高压冲洗阀2再次开启1～2s；
真空控制阀8关闭，完成一次粪便流程；
当以上步骤重复10～15次后，真空排污阀3与排污阀5同时开启，持续20～30s后同时关闭，随后真空控制阀8开启并维持10～15s；
每5min开启自动排放阀9，每次持续30s。
通过以上程序，即可实现粪便的自动冲洗、收集。
Claims (9)
1.一种粪便源分离的装置，其特征在于，包括：
分离便器(1)，主要由便器主体踏板(1-4)、位于便器前方的尿液收集区(1-1)、位于便器后方的大便收集区(1-2)和位于大便收集区(1-2)上方的便器高压水冲器(1-3)组成；
高压冲洗水管路，与便器高压冲洗器(1-3)连接，管路上设置高压冲洗阀(2)；
真空抽吸系统，包括始端连接在大便收集区(1-2)下方的真空抽吸形式的大便收集支管，支管上设置真空排污阀(3)，各大便收集支管的末端连接真空转换腔(4)，真空转换腔(4)的底部设置排污阀(5)，真空泵(6)与带负压传感器的真空罐(7)相连，真空罐(7)通过真空管路连接真空转换腔(4)且在真空管路上设置真空控制阀(8)；收集到的大便经排污阀(5)控制排出，进入粪便处置系统；尿液收集区(1-1)与尿液收集支管相连，并汇聚于尿液输送干管，在尿液输送管路末端设置自动排放阀(9)，通过自动排放阀(9)控制尿液流入处理系统。
2.根据权利要求1所述粪便源分离的装置，其特征在于，所述分离便器(1)位于前部的尿液收集区(1-1)和位于后部的大便收集区(1-2)之间存在鞍状隔离区，确保如厕过程中对粪便和尿液的分离收集；尿液收集支管接口直径为Φ15mm，大便收集管接口直径为Φ32mm。
3.根据权利要求1所述粪便源分离的装置，其特征在于，所述真空转换腔(4)用于维持大便收集支管负压，使得臭味不扩散；确保大便收集支管与真空罐(7)之间不直接相连，防止抽吸工况下粪便进入真空罐(7)内，影响系统正常工作。
4.根据权利要求1所述粪便源分离的装置，其特征在于，所述真空转换腔(4)具有临时存储功能，以在一定程度上实现粪便与少量冲洗水的分离。
5.根据权利要求1所述粪便源分离的装置，其特征在于，所述便器高压冲洗器(1-3)、高压冲洗阀(2)、真空排污阀(3)、排污阀(5)、真空泵(6)、控制阀(8)和自动排放阀(9)与控制器连接，通过控制器的程序设置，实现自动冲洗、收集。
6.根据权利要求1所述粪便源分离的装置，其特征在于，所述真空罐(7)容积为150～200L，耐受极限真空度为-101.3KPa；所述真空泵(6)采用双级旋片式真空泵，由真空罐(7)上的压力传感器联动控制，控制范围为-98KPa～-70KPa，高启低停。
7.基于权利要求1所述粪便源分离的装置的粪便源分离方法，其特征在于，大便收集部分采用高压冲洗和真空抽吸的方式完成，在确保洁具卫生条件的同时减少冲洗水量，使收集到的粪便可不采取预处理措施而直接进行资源化处置、利用；尿液则以自流的方式进行收集，并输送至尿液处理系统进行营养物质回收。
8.根据权利要求7所述粪便源分离的方法，其特征在于，厕所保洁人员每日对尿液收集区(1-1)进行人工清洗两次，单次用水量小于1L；或者在尿液收集区(1-1)两侧增设专用冲洗喷头，冲洗频率1次/h，单次单个喷头用水量小于0.1L。
9.根据权利要求7所述粪便源分离的方法，其特征在于，当大便完毕发出冲洗指令后：
高压冲洗阀(2)、真空控制阀(8)同时打开；
高压冲洗阀(2)开启2s后关闭，延时3～5s后真空排污阀(3)打开2～4s；
高压冲洗阀(2)再次开启1～2s；
真空控制阀(8)关闭，完成一次粪便流程；
当以上步骤重复10～15次后，真空排污阀(3)与排污阀(5)同时开启，持续20～30s后同时关闭，随后真空控制阀(8)开启并维持10～15s；
每5min开启自动排放阀(9)，每次持续30s。
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