CN110938527B - 农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，包括尿粪分离厕所、黄水以及灰水处理系统、发酵以及生物降解粪便系统；其中尿粪分离厕所对人类排放的尿粪进行分离回收；利用微藻‑金属基电生动态膜耦合技术将C、N、P元素转化为高蛋白鱼虾饵料，处理后的尿液与灰水用于农业灌溉；构建了基于多元共发酵获得高蛋白饲料与虫粪肥的卫生厕所‑生态农业‑绿色养殖”可持续产业链模式，最大限度地利用排泄物中的营养物质。该发明技术受气候条件影响较小，适用于我国广大从事水产及畜禽养殖的农村地区，也可在干旱缺水地区和寒区应用。

Description

农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统
技术领域
本发明涉及公共卫生设施、环境能源领域，具体涉及一种农村垃圾以及废水的资源化利用系统。
背景技术
农村改厕难题主要表现在粪污资源化难，主要因为农村人口密度分散度高、建筑容积率小，虽然当前不少农村保留了利用粪肥的习惯，但是粪肥肥效低，使用过程不方便，更多的农民逐步倾向于肥效更高的化肥。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以农村旱厕中尿液和粪便分别进行处理回收，实现资源化利用的处理系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，包括尿粪分离厕所、黄水以及灰水处理系统、发酵以及生物降解粪便系统；
其中尿粪分离厕所对人类排放的尿粪进行分离回收；
黄水以及灰水处理系统包括调节池、微藻培养装置以及金属基电生动态膜；其中调节池用于接收尿粪分离厕所中的尿液以及生活污水并用调节两者的比例；调节池通过管道连接微藻培养装置；微藻培养装置对碳、氮以及磷元素进行吸收，微藻培养装置的出水管还连接金属基电生动态膜；金属基电生动态膜包括金属微滤膜、不锈钢网以及电源，电源正极连接金属微滤膜、不锈刚网连接电源负极，金属微滤膜用于收集微藻；
发酵以及生物降解粪便系统包括收集调质装置、发酵床以及生物降解室；其中收集调质装置用于接收尿粪分离厕所分离出的粪便、餐厨垃圾以及畜禽粪便并调配各成分比例；收集调质装置连接发酵床，发酵床对混合物进行发酵，并将发酵后的残渣引入生物降解室。
进一步，所述微藻培养装置包括培养柱、微藻液、光照装置以及曝气装置；培养柱上设有进水口和出水口，微藻液位于培养柱中，曝气装置用于给液体曝气，光照装置为培养柱上方用于提供光照。
进一步，所述金属微滤膜孔径为5μm或者10μm，膜表面经过聚多巴胺自聚合原位改性；
进一步，所述生物降解系统为多级降解室，第一级为蝇蛆降解室，第二级蚯蚓降解室，第三级黑水虻降解室。
进一步，所述尿粪分离厕所包括后置便池，后置便池中设置有隔板将其分割成后置尿便池以及粪便池；在后置尿便池中底部设置排尿口且通过管道连接储尿桶；粪便池下方设置有一个粪便仓；粪便池为中空结构；还包括一个粪便池盖板和一个便板，盖板位于粪便池上方，便板位于粪便池下方；两者均可绕转轴转动，且两者之间保持联动，当盖板打开时，便板位于粪便池下方用于将粪便池与粪便仓之间隔离；当便板打开时，盖板位于粪便池上方用于将粪便池开口覆盖。
进一步，所述便板呈弯折结构，其包括一个斜板，当盖板打开时，斜板位于粪便池下方用于承接粪便；当盖板盖合时，斜板翻转，用于承接粪便的表面朝向粪便池中；所述便板与盖板连接绕同一个转轴进行转动，且两者直接固定连接；所述盖板上还设置一个凸起的踏板用于打开盖板。
进一步，所述尿粪分离厕所还包括一个容纳腔用于放置草木灰，后置尿便池底板下方设置倾斜的草木灰通道，草木灰通道的一端连通容纳腔，另一端与便板的斜板活动接触，其该端部设置有落料挡板用于开启或者关闭草木灰通道。
进一步，所述后置便池的其中一侧设置有一个踏板，踏板连接一个竖直的阀杆；落料挡板可绕一转轴转动，落料挡板的端部设置一个传动板，阀杆与传动板相抵；阀杆向下移动带动传动板转动，传动板使落料挡板上翻转而开启草木灰通道；当阀杆不受外力作用时，落料挡板在重力作用下贴合在草木通道的端口将草木灰通道关闭。
进一步，所述尿粪分离厕所还包括一个前置尿便池和隔板墙，隔板墙将前置尿便池和后置便池隔开，在前置尿便池底部设置有排尿口，排尿口通过管道连通储尿桶。
进一步，容纳腔设置在隔板墙中，所述后置尿便池位于前置尿便池与后置粪便池之间。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本中尿粪分离厕所的结构示意图；
图3为本中尿粪分离厕所的内部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做具体说明。
如图1所示，本发明的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，包括尿粪分离厕所、黄水以及灰水处理系统、发酵以及生物降解粪便系统。
其中尿粪分离厕所对人类排放的尿粪进行分离回收，其具体结构如图2和图3，包括后置便池，后置便池中设置有隔板11将其分割成后置尿便池14以及粪便池15，隔板11可以防止尿便池中尿液进入粪便池15中。在后置尿便池中底部设置排尿口且通过管道13连接储尿桶8；粪便池下方设置有一个粪便仓16，粪便仓16应用储存粪便。粪便池15为中空结构。
尿粪分离厕所还包括一个粪便池盖板6和一个便板9，盖板6位于粪便池15上方，便板9位于粪便池下方；两者均可绕转轴转动，且两者之间保持联动。当盖板6打开时，便板位于粪便池下方用于将粪便池与粪便仓之间隔离；当便板打开时，盖板位于粪便池上方用于将粪便池开口覆盖。
具体的，所述便板9呈弯折结构，其包括一个斜板，当盖板打开时，斜板位于粪便池下方用于承接粪便；当盖板盖合时，斜板翻转，用于承接粪便的表面朝向粪便池中。此外，还可以将便板9制成勺子，承接粪便较为方便。所述便板与盖板连接绕同一个转轴进行转动，且两者直接固定连接。当转动盖板盖合时，可以自动转动便板，将承接的粪便倒入粪便仓中。为了方便打开盖板，盖板6上还设置一个凸起的踏板7用于打开盖板。
本发明还包括一个容纳腔用于放置草木灰，后置尿便池底板下方设置倾斜的草木灰通道12，草木灰通道12的一端连通容纳腔，另一端与便板9的斜板活动接触，其该端部设置有落料挡板5用于开启或者关闭草木灰通道，所述草木灰通道的倾角为50°～60°。
落料挡板5的控制有多种方式，可以采用手动或者脚动的方式。本实施例中介绍一种脚动的控制方式，具体的：在后置便池的其中一侧设置有一个踏板3，踏板3连接一个竖直的阀杆4；落料挡板5可绕一转轴转动，落料挡板5的端部设置一个传动板10，阀杆4与传动板10相抵；阀杆向下移动带动传动板10转动，传动板10使落料挡板上翻转而开启草木灰通道；当阀杆不受外力作用时，落料挡板5在重力作用下贴合在草木通道的端口将草木灰通道关闭。
此外，本发明还设置了一个前置尿便池17和隔板墙1，隔板墙1将前置尿便池和后置便池隔开，在前置尿便池底部设置有排尿口，排尿口通过管道连通储尿桶。所述容纳腔设置在隔板墙中，即将草木灰储存在隔板墙中，后置尿便池位于前置尿便池与后置粪便池之间。
当使用者小便时，男士可选择前置尿便池17，女士则使用后置尿便池，两个尿便池的尿液经Y型输尿管流入密闭储尿桶中。当使用者大便时，脚踩开启盖板上的踏板7，伴随着便板由未使用状态转化为使用状。在脚踩踏板3顺带打开落料挡板，草木灰、木屑等辅料落在便板；入厕时，粪便落入粪便仓内，掉落在铺垫在便板的辅料表面，气味被中和吸附，营造了干净的入厕环境，同时粪便水分被吸收，含水率降低；如厕后，再次脚踩踏板3再次开启落料挡板，辅料铺撒在粪便表层，辅料掩盖并进一步混合粪便。此时关闭盖板6，便板同时发生翻转，掺杂辅料的粪便混合物下落到粪箱内。
黄水以及灰水处理系统包括调节池、微藻培养装置以及金属基电生动态膜；其中调节池用于接收尿粪分离厕所中的尿液以及生活污水并用调节两者的比例；调节池通过管道连接微藻培养装置；微藻培养装置对碳、氮以及磷元素进行吸收，微藻培养装置的出水管还连接金属基电生动态膜；金属基电生动态膜包括金属微滤膜、不锈钢网以及电源，电源正极连接金属微滤膜、不锈刚网连接电源负极，金属微滤膜用于收集微藻。
微藻培养装置包括培养柱、微藻液、光照装置以及曝气装置，培养柱可以由亚克力材料制成，直径为15-20cm，设有进水口和出水口，本实施例中设有20-30根培养柱，培养柱中设有曝气装置；微藻液设置在培养液中。光照装置设置在培养柱上方。
金属微滤膜孔径为5μm或者10μm，为了实现膜表面更好的与微藻接触，膜表面采用聚多巴胺自聚合原位改性金属基微滤膜，改性过程简单，通过将金属基膜直接浸没于2mg/mL多巴胺溶液中，自聚合的时间一般为1-6h，可以获得不同亲水性表面的微滤膜；微藻表面通常带负电，其更容易被带正电的界面捕获，将改性金属微滤膜作为阳极，不锈钢网作为阴极，阴极和阳极之间的间距控制在3cm，施加的电压为1V或3V，具体选择根据微藻捕获的浓度而定，电压大小可以用来调控膜过滤时的实际孔径，开启连接金属膜的抽吸泵，微藻在电性的吸引和抽吸力的作用下迅速在膜表面形成一层预涂层，预涂层在后续过滤过程中将会发挥重要作用，对于缓解膜污染至关重要，一旦预涂层形成，可以将电压调整为0V；当过滤一段时间后，膜过滤通量降低至初始通量的80％，此时需要完成滤饼层的更新，主要采用两种方式：第一种采用空气反洗，直接通入适量的空气反向泵入，实现膜表面滤饼层的快速去除和更新；第二种，通过增大电压至10V，利用电极氧化产生的ROS和·OH将表面的微藻层快速氧化去除，实现膜表面的快速自清洁
利用金属基电生动态膜可以对微藻进行回收，进一步烘干成微藻干粉或者保存成高浓度的微藻溶液；微藻自身丰富的蛋白质等，可以作为鱼虾养殖的饵料，其可以极大地改善鱼虾的肉类品质并减少鱼虾的生病概率，可以使农民增收10-30％；同时，膜过滤过程不仅可以截留微藻，还可以实现近似100％的细菌截留率，出水可以达到农田灌溉或者河湖补给标准，进一步实现了水资源的高效循环利用。
发酵以及生物降解粪便系统包括收集调质装置、发酵床以及生物降解室；其中收集调质装置用于接收尿粪分离厕所分离出的粪便、餐厨垃圾以及畜禽粪便并调配各成分比例，餐厨垃圾主要是食物残渣、油水；收集调质装置连接发酵床，发酵床对混合物进行发酵，并将发酵后的残渣引入生物降解室。生物降解系统为多级降解室，第一级为蝇蛆降解室，第二级蚯蚓降解室，第三级黑水虻降解室。蝇蛆，蚯蚓和黑水虻可以分解厕所粪便、餐厨垃圾有机体用于生长繁殖，且三者本身就是天然的蛋白体，可以用于水产养殖、畜禽养殖等，废渣可以用来制备生态有机废料、土壤改良剂、虫粪肥料等，作用于农业生产。
本项目基于乡村源分离厕所系统，在实现乡村厕所技术创新的同时，可通过与微藻培养、相关高附加值产品生产、农作物种植、畜禽与水产养殖等环节相结合，形成完善的生态农业产业化链条，创造可观的经济效益；通过构建基于生态链的闭路循环、节水与水资源回用、厕所排泄物处理与资源化等关键技术的研究，最大限度减少农村污水的产生，避免粪污的随意排放，降低污染物的环境风险，切实解决乡村厕所的环境污染问题，同时通过排泄物肥料制备及资源化利用，促进厕所生态链和农业产业链的绿色融合，实现厕所系统的生态增值，具有显著的环境效益。

Claims (10)

1.一种农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：包括尿粪分离厕所、黄水以及灰水处理系统、发酵以及生物降解粪便系统；
其中尿粪分离厕所对人类排放的尿粪进行分离回收；
黄水以及灰水处理系统包括调节池、微藻培养装置以及金属基电生动态膜；其中调节池用于接收尿粪分离厕所中的尿液以及生活污水并用调节两者的比例；调节池通过管道连接微藻培养装置；微藻培养装置对碳、氮以及磷元素进行吸收，微藻培养装置的出水管还连接金属基电生动态膜；金属基电生动态膜包括金属微滤膜、不锈钢网以及电源，电源正极连接金属微滤膜、不锈刚网连接电源负极，金属微滤膜用于收集微藻；
发酵以及生物降解粪便系统包括收集调质装置、发酵床以及生物降解室；其中收集调质装置用于接收尿粪分离厕所分离出的粪便、餐厨垃圾以及畜禽粪便并调配各成分比例；收集调质装置连接发酵床，发酵床对混合物进行发酵，并将发酵后的残渣引入生物降解室。
2.根据权利要求1所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：所述微藻培养装置包括培养柱、微藻液、光照装置以及曝气装置；培养柱上设有进水口和出水口，微藻液位于培养柱中，曝气装置用于给液体曝气，光照装置为培养柱上方用于提供光照。
3.根据权利要求1或者2所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：所述金属微滤膜孔径为5μm或者10μm，膜表面经过聚多巴胺自聚合原位改性。
4.根据权利要求1所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：所述生物降解系统为多级降解室，第一级为蝇蛆降解室，第二级蚯蚓降解室，第三级黑水虻降解室。
5.根据权利要求1所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：所述尿粪分离厕所包括后置便池，后置便池中设置有隔板将其分割成后置尿便池以及粪便池；在后置尿便池中底部设置排尿口且通过管道连接储尿桶；粪便池下方设置有一个粪便仓；粪便池为中空结构；还包括一个粪便池盖板和一个便板，盖板位于粪便池上方，便板位于粪便池下方；两者均可绕转轴转动，且两者之间保持联动，当盖板打开时，便板位于粪便池下方用于将粪便池与粪便仓之间隔离；当便板打开时，盖板位于粪便池上方用于将粪便池开口覆盖。
6.根据权利要求5所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：所述便板呈弯折结构，其包括一个斜板，当盖板打开时，斜板位于粪便池下方用于承接粪便；当盖板盖合时，斜板翻转，用于承接粪便的表面朝向粪便池中；所述便板与盖板连接绕同一个转轴进行转动，且两者直接固定连接；所述盖板上还设置一个凸起的踏板用于打开盖板。
7.根据权利要求6所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：所述尿粪分离厕所还包括一个容纳腔用于放置草木灰，后置尿便池底板下方设置倾斜的草木灰通道，草木灰通道的一端连通容纳腔，另一端与便板的斜板活动接触，其该端部设置有落料挡板用于开启或者关闭草木灰通道。
8.根据权利要求7所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：所述后置便池的其中一侧设置有一个踏板，踏板连接一个竖直的阀杆；落料挡板可绕一转轴转动，落料挡板的端部设置一个传动板，阀杆与传动板相抵；阀杆向下移动带动传动板转动，传动板使落料挡板上翻转而开启草木灰通道；当阀杆不受外力作用时，落料挡板在重力作用下贴合在草木通道的端口将草木灰通道关闭。
9.根据权利要求8所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：所述尿粪分离厕所还包括一个前置尿便池和隔板墙，隔板墙将前置尿便池和后置便池隔开，在前置尿便池底部设置有排尿口，排尿口通过管道连通储尿桶。
10.根据权利要求8所述的农村旱厕尿粪分离回收资源化处理系统，其特征在于：容纳腔设置在隔板墙中，所述后置尿便池位于前置尿便池与后置粪便池之间。
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