CN110668573B - 农村用无动力黑水、灰水分离化粪池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，包括调节池、清水池、人工湿地‑燃料电池处理系统和依次相连的至少两级化粪池，其中调节池与第一级的化粪池相邻，黑水和灰水通过黑灰水分离器控制分别进入第一级的化粪池和调节池，第一级的化粪池上端设置有溢流口，清水溢流到第二级的化粪池，以此类推，最后一级的化粪池的水溢流到清水池；人工湿地‑燃料电池处理系统上部设置有出水口与清水池相连；清水池的上方设置有抽提水装置。实现了厕所粪污和生活污水的有序处理，杜绝了污水横流、臭气冲天、夏天蚊蝇成群等现象的产生，有效改善了农村人居环境。设备出水可作为农家肥使用。

Description

农村用无动力黑水、灰水分离化粪池

技术领域

本发明涉及一种农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，属于农村生活污水处理设备领域。

背景技术

区别于城市生活污水的处理达标排放，农村地区生活污水的宜以达到回用标准为主。目前，部分农村地区将三格化粪池作为黑水和灰水的最终处理单元，当前农村地区改厕普遍以三格化粪池为主，该类化粪池未实现厕所粪污和生活污水的分离处理，生活污水中含有洗涤剂等会对化粪池厌氧微生物产生抑制作用，从而引起粪污发酵不完全、病源微生物灭活不彻底，对人体健康和粪污回用带来了不利影响。且出水无法满足农田灌溉水质标准(GB5084-2005)，出水回用较为困难。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，实现了厕所粪污和生活污水的有序处理，杜绝了污水横流、臭气冲天、夏天蚊蝇成群等现象的产生，有效改善了农村人居环境，设备出水可作为农家肥使用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种农村用黑水、灰水分离化粪池，其特征在于：包括调节池、清水池、人工湿地-燃料电池处理系统和依次相连的至少两级化粪池，其中调节池与第一级的化粪池相邻，黑水和灰水通过黑灰水分离器控制分别进入第一级的化粪池和调节池，所述第一级的化粪池上端设置有溢流口，所述第一级的化粪池的清水溢流到第二级的化粪池，以此类推，最后一级的化粪池的水溢流到清水池；所述人工湿地-燃料电池处理系统包括反应池，所述反应池内设置有人工湿地填料，所述反应池的中部通过隔膜隔成上下两部分，上部份为阴极好氧区，下部分为阳极厌氧区，在所述反应池的顶部种植植物，植物根系为阴极好氧区提供氧气，所述反应池的底部设置有进水口与调节池相连，所述阳极厌氧区的水通过隔膜流到阴极好氧区，所述反应池的上部设置有出水口与清水池相连；所述清水池的上方设置有抽提水装置，该抽提水装置的取水管能伸到清水池内。

黑水主要是从马桶、蹲便器里出来的水，而灰水是从洗脸盆和地漏里出来的水。

生活污水(灰水)通过黑灰水分离器引入调节池，在调节池中分解有机污染物的同时将氨氮等物质氧化为硝酸盐，人工湿地和微生物燃料电池均是利用微生物实现反硝化脱氮以及有机物的降解，分别达到处理污水和产生电能的效果。反应池上部为阴极好氧区，反应池下部为阳极厌氧区，水流通过厌氧区进入好氧区，实现低浓度生活污水的降解。将阴极放置于湿地表面或植物根系附近，最大限度地降低了阳极附近的溶解氧含量，而确保阴极在无机械曝气的条件下具有良好的好氧环境(植物根系为阴极提供氧气)。经过人工湿地和微生物燃料电池处理后的水进入清水池。

冲厕所用水(黑水)通过黑灰水分离器进入各级化粪池，经过化粪池处理后，进入清水池，清水池上设置有抽提水装置，通过抽提水装置将清水池内的水抽出用于灌溉农田，清水池出水满足农田灌溉水质标准(GB5084-2005)的要求。实现了粪污水的资源化利用。

将黑水和灰水分开处理，有效避免了灰水中洗涤剂等物质对化粪池厌氧微生物产生抑制作用，从而引起粪污发酵不完全、病源微生物灭活不彻底，对人体健康和粪污回用带来了不利影响的现象。实现了粪污和生活污水安全回用。

上述方案中：所述黑灰水分离器包括虹吸分离管，黑水和灰水下水管的下端与虹吸分离管的上端相连，所述虹吸分离管包括进出口位于上方的弧形管段以及倾斜设置的出水管段，所述黑水和灰水下水管的下端与弧形管段的进水端相连，该弧形管段的出水端与倾斜设置的出水管段的上端圆弧过渡连接，其中弧形管段位于第一级的化粪池内的上部，出水管段的出水端伸到调节池内，所述弧形管段靠进水端的斜壁且靠底部位置设置排水口，在该排水口上安装有能自动打开的阀门。

优选：所述能自动打开的阀门包括安装在排水口下端的密封垫，该密封垫的一端与弧形管段的下侧管壁转动连接，转动连接端靠近弧形管段的进水端，另一端内设置有磁铁片，所述弧形管段的下侧管壁内对应密封垫的磁铁片也安装有磁铁片，所述弧形管段的下侧管壁上对应磁铁片的位置还设置有开口向下的凹槽，在该凹槽中安装有回位弹簧，该回位弹簧的一端固定在凹槽的顶壁上，另一端与密封垫相连；两片磁铁片之间的粘合力小于冲厕所时黑水的水压力，大于灰水往下流的压力，当冲厕所时，在水压的作用下，密封垫打开，黑水流入第一级的化粪池，当黑水压力消失，在回位弹簧和磁铁的作用下，密封垫闭合；灰水则平缓流入调节池。

生活污水产生的压力不足以打开密封垫，阀门呈闭合状态，生活污水(灰水)通过重力方式虹吸快速引入调节池，同时虹吸产生的压力进入调节池，对调节池实现一定的曝气。根据居民如厕后冲厕的习惯，利用冲厕产生的压力将阀门打开，将粪尿引入第一级的化粪池，当冲厕所的压力消失，在回位弹簧的作用下，密封垫闭合将出水口密封。由于磁铁片容易吸附各种杂质、被头发缠绕，磁力也会逐渐衰弱，导致密封垫使用一段时间后无法完全闭合，需定期更换磁铁片。

上述方案中：所述人工湿地-微生物燃料电池系统阳极材料为改性水热炭；阴极材料为石墨烯；隔膜为质子膜；人工湿地填料为砾石，并添加有具有磷吸附能力的矿物质。如Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等。优选，所述改性水热炭为一步法制备的牛沼渣改性水热炭，其制备方法为：

取牛沼渣置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，加入去离子水，搅拌使其浸润，再取一定量的FeCl₃·6H₂O和无水乙酸钠，搅拌混合均匀，将混合好的溶液转移至高压反应釜内，密封，设定釜内压强为2.0-3.0Mpa，炭化反应后取出反应液，室温冷却，分离沉淀，用水和醇洗涤，冷冻干燥，研磨得到Fe₃O₄掺杂的牛沼渣改性水热炭，按照质量分数计算，Fe₃O₄的掺杂量为10％-25％。

上述方案中所述Fe₃O₄的掺杂量为炭化产物重量的20％，炭化反应的压强控制为2.5Mpa。

通过电镜扫描图可以看出，附着在水热炭表面的Fe₃O₄使得材料表面形成了大量无规则的沟壑，提升了水热炭的比表面积，从而有助于提升改性水热炭的吸附性能。Fe₃O₄的添加，使得可以采用磁分离实现水热炭的回收。

在2.0-3.0MPa压强范围内制备的水热炭，比表面积大，对磷的吸附能力强，尤其是选择2.5-3.0MPa区间，水热炭，比表面积最大，对磷的吸附能力最强，出于成本考虑，优选为2.5MPa。在该压强下制备的水热炭，回收利用时，对磷的解析率最大。

上述方案中：所述化粪池为三级，其中一级化粪池为圆筒形，其他两级化粪池、清水池、调节池以及反应池围绕在一级化粪池周围布置。构造简单、占地面积小、运行维护方便。

上述方案中：各级化粪池的顶盖上、清水池的顶盖上以及调节池的顶盖上都均匀涂抹具有可见光催化性能的改性TiO₂溶胶凝胶。利用太阳光驱动下产生的具有强氧化性的羟基自由基(·OH)、超氧负离子(·O^2-)等活性基团实现灭菌除臭的功效。

上述方案中：所述各级化粪池内投加有牛沼渣改性水热炭以及铜丝或铜制硬币。利用铜离子抑制幼虫成长为蚊蝇。铜离子浓度在1ppm以下即可达到完全消除蚊蝇的目的，且对人体无害。

上述方案中：所述抽提水装置为手压或脚踩式抽提装置。采用手压或脚踩，适合农村分散的化粪池，无动力，成本低。

有益效果：本设备具有构造简单、占地面积小、无能耗、运行维护方便等优点，通过将黑水和灰水分类收集，利用人工湿地-微生物燃料电池、水热炭吸附、厌氧发酵等技术使得出水稳定达到《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)。为了方便村民取肥用肥，配备了手压式/脚踩式抽提装置，提高了粪污回用的安全性与便利性。通过投加铜制品以及在圆桶上表面均匀涂抹可见光催化材料，进一步消除了传统化粪池产生的恶臭和蚊蝇对人居环境的影响。实现了厕所粪污和生活污水的分类处理，实现了粪污和生活污水安全回用。出水可安全便捷的用于水作、旱作、蔬菜作物的营养来源，减少化肥农药的使用量。同时，该设备运行无能耗，运行维护方便。杜绝了污水横流、臭气冲天、夏天蚊蝇成群等现象的产生，有效改善了农村人居环境。

附图说明

图1是本发明的展开图。

图2为截面图。

图3为图1A处局部放大图。

图4为图1B处局部放大图。

图5为阀门在虹吸分离管上的安装示意图。

图6为Fe₃O₄(20％wt)，压力2.5Mpa条件下制备的改性水热炭SEM图。

图7为不同压强条件下制备的水热炭对磷的吸收结果图。

图8吸附前后水热炭的FT-IR曲线

图9为20％Fe₃O₄/2.5MPa下制备的水热炭的磁化曲线

图10为磷解析6次循环实验

图11Fe₃O₄掺杂量对反应体系的影响

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

实施例1

农村用黑水、灰水分离化粪池包括调节池1、清水池6、人工湿地-燃料电池处理系统5和依次相连的至少两级化粪池，其中调节池1与第一级的化粪池相邻，黑水和灰水通过黑灰水分离器控制分别进入第一级的化粪池和调节池1，第一级的化粪池上端设置有溢流口，第一级的化粪池的清水溢流到第二级的化粪池，以此类推，最后一级的化粪池的水溢流到清水池6。

黑水主要是从马桶、蹲便器里出来的水，而灰水是从洗脸盆和地漏里出来的水。

图1中，农村用黑水、灰水分离化粪池由调节池1、一级化粪池2、二级化粪池3、三级化粪池4、人工湿地-燃料电池处理系统5、清水池6、黑灰水分离器以及手压或脚踩式抽提装置7组成。

为了缩小占地面积，整个设备呈圆桶形，一级化粪池2为圆筒形位于中心，二级化粪池3、三级化粪池4、人工湿地-燃料电池处理系统5、清水池6围绕在一级化粪池2周围设置，成环形分布。清水池6的两侧分别为人工湿地-燃料电池处理系统5和三级化粪池4。

黑灰水分离器包括虹吸分离管8，黑水和灰水下水管的下端与虹吸分离管8的上端相连，虹吸分离管8包括进出口位于上方的弧形管段以及倾斜设置的出水管段，黑水和灰水下水管的下端与弧形管段的进水端相连，该弧形管段的出水端与倾斜设置的出水管段的上端圆弧过渡连接，其中弧形管段位于级化粪池2内的上部，出水管段的出水端伸到调节池1内，弧形管段靠进水端的斜壁上靠底部的位置设置排水口，在该排水口上设置有能自动打开的阀门。

能自动打开的阀门可以为通过控制器控制的电磁阀，在厕所冲水的时候控制器控制电磁阀打开，当洗脸盆或地漏出水时，控制器控制将电磁阀关闭，灰水通过虹吸分离管8进入调节池1。但是这样的系统需要控制器成本高，运行费用高。

优选：能自动打开的阀门包括安装在排水口下端的密封垫9，该密封垫9的一端与弧形管段的下侧管壁转动连接，转动连接端靠近弧形管段的进水端，另一端内设置有磁铁片(图中未画出)，弧形管段的下侧管壁内对应密封垫的磁铁片也安装有磁铁片，弧形管段的下侧管壁上对应磁铁片的位置还设置有开口向下的凹槽，在该凹槽中安装有回位弹簧10，该回位弹簧10的一端固定在凹槽的顶壁上，另一端与密封垫9相连。两片磁铁片之间的粘合力小于冲厕所时黑水的水压力，大于灰水往下流产生的压力，这样当冲厕所时，在水压的作用下，压力水冲在密封垫9上，密封垫9打开，黑水流入一级化粪池2，当黑水全部流入一级化粪池2内，压力消失，在回位弹簧10的作用下，密封垫9闭合。灰水压力小，压力不足以打开密封垫9，阀门呈闭合状态，生活污水(灰水)通过重力方式虹吸快速引入调节池1，同时虹吸产生的压力进入调节池1，对调节池1实现一定的曝气。

一级化粪池2、二级化粪池3、三级化粪池4、调节池1、清水池6的顶盖上均匀涂抹具有可见光催化性能的改性TiO₂溶胶凝胶。各级化粪池内投加有牛沼渣改性水热炭以及铜丝或铜制硬币，投加量满足铜离子浓度在1ppm以下。清水池的上方设置有抽提水装置，优选抽提水装置为手压或脚踩式抽提装置7。该抽提水装置的取水管能伸到清水池6内。手压或脚踩式抽提装置7可以设置成活动的，可以在各级化粪池以及清水池6内吸取农民需求的肥水。

人工湿地-燃料电池处理系统5包括反应池，反应池内设置有人工湿地填料，人工湿地填料为砾石，并添加有具有磷吸附能力的矿物质，如Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等。

反应池的中部通过隔膜501隔成上下两部分，隔膜5为质子膜.上部份为阴极好氧区502，下部分为阳极厌氧区503，在反应池的顶部种植植物，如空心菜等。植物根系为阴极好氧区502提供氧气，反应池的底部设置有进水口与调节池1相连，阳极厌氧区503的水通过隔膜501流到阴极好氧区502，反应池的上部设置有出水口与清水池6相连。

人工湿地-微生物燃料电池系统5的阳极材料为改性水热炭，优选：改性水热炭为牛沼渣改性水热炭，阴极材料为石墨烯。

实施例2

牛沼渣水热炭制备：沼渣原料取自重庆市巴南区某沼气工程运行良好的奶牛养殖场，去除粗大颗粒。取15g牛沼渣置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，加入80mL去离子水，搅拌30min使其浸润。分别在2.0Mpa、2.5Mpa和3.0Mpa条件下微波加热(功率为400W，加热温度为193℃左右)，炭化2h后将其取出冷却至室温，分离黑色沉淀，去离子水洗涤至中性，冷冻干燥，研磨备用。不同温度下制备的样品分别记为HTC1、HTC2和HTC3。

Fe₃O₄改性牛沼渣水热炭制备：采用一步法制备改性水热炭。取15g牛沼渣置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，加入去80mL去离子水，搅拌30min使其浸润，再分别取一定量的FeCl₃·6H₂O和无水乙酸钠，搅拌混合均匀，将混合好的溶液转移至高压反应釜内，密封，设定釜内压强为2.5Mpa，微波加热(功率为400W，加热温度为193℃左右)，反应2h后取出反应液，室温冷却，分离沉淀物，沉淀物用水和醇洗涤多次，冷冻干燥，研磨得到Fe₃O₄的掺杂量(质量分数)分别为10％、15％、20％和25％的改性水热炭。

2.1不同压强条件下对水热炭理化性质分析

利用元素分析测定改性前后水热炭的元素含量。如表1所示，其中H/C、O/C和(O+N)/C(以上均为原子比)分别表示改性前后水热炭的芳香性、亲水性和极性大小。改性水热炭H/C和(O+N)/C均大于未改性水热炭，这可能是Fe₃O₄的氧化性促进了改性水热炭芳构化进程和表面含氧官能团的形成。随着Fe₃O₄掺杂量的增加，H/C、O/C和(O+N)/C原子比均呈现出下降的趋势，这可能是因为Fe₃O₄的掺杂促进了H、O元素质量分数的快速下降所致。其中H/C的降低说明水热炭的芳香性逐渐降低，这是因为Fe₃O₄的掺杂促进了水热体系中脱甲基反应的发生，说明改性水热炭具有较好的稳定性。起始时的高O/C表明水热炭表面具有丰富的含氧官能团产生，随着Fe₃O₄量的增加逐渐下降，这表明高的Fe₃O₄掺杂促进了脱水还原反应、脱羧反应等的发生，产生CO₂等气体以挥发物形式逸出。(O+N)/C的逐渐降低，表明改性水热炭极性逐渐减弱，水热炭中一些极性官能团如羧基、羟基等含量减少，水热炭疏水性增强，从而有利于疏水有机物的吸附。观察水热反应过程中N的变化趋势发现，随着反应压强和Fe₃O₄掺杂量的改变，N元素含量发生一定变化，这可能是因为水热反应开始时一部分N会进入液相，随着反应条件的改变，生物质所含的蛋白质发生美拉德反应生成杂环氮氧化物，缩合反应生成N芳香杂环，从而使得N元素表现为先增小后增加的趋势。水热炭的比表面积随着压强的增加而增加，且增加趋势逐渐趋于平缓。这是因为压强可以影响反应体系溶液的混合效果，随着压强的增加，直接增大了反应体系中分子和晶核的碰撞机率，使成核速率增加，晶核成长速率减小，从而生成体积更小的水热炭，故而水热炭的比表面积随着反应体系压强的增加而增大。由于本反应体系中水的分散能力有限，当体系压强增大到一定范围时，对比表面积的影响趋于平稳。当水热炭制备体系压强由2.5Mpa增加至3.0Mpa时，单一水热炭比表面积仅仅增加0.13m²/g，水热炭比表面积的增加趋于平稳，因此水热炭的最佳制备压强为2.5-3.0Mpa，从经济角度考虑以2.5Mpa为宜。

表1不同压强条件下水热炭理化性质分析表

备注：HTC1(2.0MPa)、HTC2(2.5MPa)、HTC3(3.0MPa)。

2.2水热炭磷吸附实验

用磷酸二氢钾配制40mg/L的PO₄ ^3--P溶液，分别取不同压力条件下制备的0.16g水热炭至150mL上述磷溶液中，恒温振荡(27℃、160r/min)，每隔20min取样分析，采用GB11893-2009(钼酸铵分光光度法)测定溶液中磷的浓度。PO₄ ^3--P吸附量计算公式为：

q＝(C₀－C_t)·V/m(1)

式中：q表示吸附量，mg/L；C₀和C_t分别表示初始和吸附平衡时磷浓度，mg/L；V表示溶液体积，mL；m表示水热炭质量，g。

由图7可知，随着反应体系压强的增加，未改性水热炭对PO₄ ^3--P的降解率先增加后减小，2.5Mpa下制备的水热炭吸附性能最优，140min内降解率达到了58.4％，分别为2.0Mpa和3.0Mpa下PO₄ ^3--P降解率的1.36倍和1.45倍，这可能与水热炭的比表面积和表面官能团有关。由表1可知，2.5Mpa条件下制备的水热炭比表面积大，为水热炭吸附提供了更多的接触位点，促进了水热炭对PO₄ ^3--P的吸附。不同Fe₃O₄掺杂改性水热炭PO₄ ^3--P降解率也表现为先增加后减小，当掺杂量为20％时PO₄ ^3--P的降解率最高，为94.6％，这可能是Fe₃O₄为磁性材料，在水体中由于磁性偶极矩作用常会发生团聚作用使得磁性、表面积和吸附容量降低。过多或过少的Fe₃O₄均会对改性水热炭降解PO₄ ^3--P产生一定的影响，当掺杂量为20％时，吸附能力最佳。

2.3吸附机理研究

为了探究水热炭对磷的吸附机理，采用FTIR分析了20％Fe₃O₄/HTC2吸附前后官能团的变化。如图8所示，以3412cm^-1为中心的谱带与Fe-OH中-OH的振动有关。位于2923cm^-1和1455cm^-1处的峰表明水热炭具有C-H伸缩吸收振动峰和C-H完全振动峰。1637cm^-1和468cm^-1处的谱带分别为Fe-OH的弯曲振动吸收峰和Fe-O伸缩振动峰。1034cm^-1处的吸收峰由C-O伸缩振动峰引起。完成磷吸附后，468cm^-1处的Fe-O伸缩振动峰和1637cm^-1处的Fe-OH弯曲振动吸收峰强度有所降低，这可能是因为位于水热炭表面的Fe与磷之间形成了新的复合颗粒物。

2.4改性水热炭回收实验及稳定性分析

图9为HTC2和20％Fe₃O₄/HTC2在300K下测得的磁化曲线。由曲线可知HTC2的磁化曲线几乎为一条直线，其饱和磁化强度基本为0emu/g，而改性水热炭的饱和磁化强度达到了22.48emu/g，具有超顺磁特性，在外加磁场下利于改性水热炭从液相中的分离。将每次活化反应结束后的复合催化回收、水洗、干燥后再次进行过硫酸钾活化降解RhB实验，6次循环实验，结果如图10所示，PO₄ ^3--P的降解率仍保持在87％以上，表明复合催化材料具有良好的稳定性。

2.5 Fe₃O₄添加量对反应体系的影响

设定反应体系最终压强为2.5Mpa，添加不同质量分数的Fe₃O₄(10％、15％、20％、25％)，研究Fe₃O₄掺杂量对反应体系影响如图11所示。随着Fe₃O₄添加量的增加，反应体系达到2.5Mpa所需时间明显缩短，400W条件下，当Fe₃O₄掺杂量为20％时，14min左右即达到设定压强(2.5Mpa)，较未添加Fe₃O₄情况下达到预定压强所需时间缩短了约48.1％。随着Fe₃O₄掺杂量的增加，体系内部压强呈现迅速增大直至稳定的变化过程，这证实了高的Fe₃O₄掺杂促进了脱水还原反应、脱羧反应等的发生，产生CO₂、汽化水等。较大的压强也能增加分子间碰撞的机会，加快反应体系升温速率。

本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，其特征在于：包括调节池、清水池、人工湿地-燃料电池处理系统和依次相连的至少两级化粪池，其中调节池与第一级的化粪池相邻，黑水和灰水通过黑灰水分离器控制分别进入第一级的化粪池和调节池，所述第一级的化粪池上端设置有溢流口，所述第一级的化粪池的清水溢流到第二级的化粪池，以此类推，最后一级的化粪池的水溢流到清水池；所述人工湿地-燃料电池处理系统包括反应池，所述反应池内设置有人工湿地填料，所述反应池的中部通过隔膜隔成上下两部分，上部份为阴极好氧区，下部分为阳极厌氧区，在所述反应池的顶部种植植物，植物根系为阴极好氧区提供氧气，所述反应池的底部设置有进水口与调节池相连，所述阳极厌氧区的水通过隔膜流到阴极好氧区，所述反应池的上部设置有出水口与清水池相连；所述清水池的上方设置有抽提水装置，该抽提水装置的取水管能伸到清水池内；所述黑灰水分离器包括虹吸分离管，黑水和灰水下水管的下端与虹吸分离管的上端相连，所述虹吸分离管包括进出口位于上方的弧形管段以及倾斜设置的出水管段，所述黑水和灰水下水管的下端与弧形管段的进水端相连，该弧形管段的出水端与倾斜设置的出水管段的上端圆弧过渡连接，其中弧形管段位于第一级的化粪池内的上部，出水管段的出水端伸到调节池内，所述弧形管段靠进水端的斜壁且靠底部位置设置排水口，在该排水口上安装有能自动打开的阀门；

所述能自动打开的阀门包括安装在排水口下端的密封垫，该密封垫的一端与弧形管段的下侧管壁转动连接，转动连接端靠近弧形管段的进水端，另一端内设置有磁铁片，所述弧形管段的下侧管壁内对应密封垫的磁铁片也安装有磁铁片，所述弧形管段的下侧管壁上对应磁铁片的位置还设置有开口向下的凹槽，在该凹槽中安装有回位弹簧，该回位弹簧的一端固定在凹槽的顶壁上，另一端与密封垫相连；两片磁铁片之间的粘合力小于冲厕所时黑水的水压力，大于灰水往下流的压力，当冲厕所时，在水压的作用下，密封垫打开，黑水流入第一级的化粪池，当黑水压力消失，在回位弹簧和磁铁的作用下，密封垫闭合；灰水则平缓流入调节池。

2.根据权利要求1所述农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，其特征在于：所述人工湿地-微生物燃料电池系统阳极材料为改性水热炭；阴极材料为石墨烯；隔膜为质子膜；人工湿地填料为砾石，并添加有具有磷吸附能力的矿物质。

3.根据权利要求2所述农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，其特征在于，所述改性水热炭为一步法制备的牛沼渣改性水热炭，其制备方法为：

取牛沼渣置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，加入去离子水，搅拌使其浸润，再取一定量的FeCl₃·6H₂O和无水乙酸钠，搅拌混合均匀，将混合好的溶液转移至高压反应釜内，密封，设定釜内压强为2.0-3.0Mpa，炭化反应后取出反应液，室温冷却，分离沉淀，用水和醇洗涤，冷冻干燥，研磨得到Fe₃O₄掺杂的牛沼渣改性水热炭，按照质量分数计算，Fe₃O₄的掺杂量为10%-25%。

4.根据权利要求3所述农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，其特征在于：所述Fe₃O₄的掺杂量为炭化产物重量的20%，炭化反应的压强控制为2.5Mpa。

5.根据权利要求4所述农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，其特征在于：所述化粪池为三级，其中一级化粪池为圆筒形，其他两级化粪池、清水池、调节池以及反应池围绕在一级化粪池周围布置。

6.根据权利要求5所述农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，其特征在于：各级化粪池的顶盖上、清水池的顶盖上以及调节池的顶盖上都均匀涂抹具有可见光催化性能的改性TiO₂溶胶凝胶。

7.根据权利要求6所述农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，其特征在于：所述各级化粪池内投加有牛沼渣改性水热炭以及铜丝或铜制硬币。

8.根据权利要求7所述农村用无动力黑水、灰水分离化粪池，其特征在于：所述抽提水装置为手压或脚踩式抽提装置。

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