CN111904317A - 免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，包括蹲便器本体，其特征是：外壳在蹲便器本体两侧设有左右脚踏面，脚踏面内侧边及后端头低于蹲便器本体构成能够使如厕者对准位的限位台，蹲便器本体的内腔底部设有粪尿推送机构和粪尿输送机构，粪尿输送机构与专用密闭管道连通。有益效果：本发明通过外壳的适当高度与蹲便器本体结合构成蹲坐两用厕具。通过粪尿推送机构和粪尿输送机构协同工作，可以保证粪尿不会在蹲便器内累积，免去了便池内冲水的过程，同时将尿液和粪便收集送入专用密闭管道进行生物分解，再将回收的粪尿制造有机肥。

Description

免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具

技术领域

本发明属于卫生洁具领域，尤其涉及一种免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具。

背景技术

目前，现有的厕所可以分成接入管网的水冲厕所系统，以及不接入管网的独立厕所两大类。

目前全球60％的人口使用接入管网的水冲厕所系统。这个体系包括使用自来水和中水将坐便器或蹲便器中的粪便冲入下水管道，通过市政污水管网输送，最后进入污水处理厂处理。

水冲厕所系统面临的问题是：其一是很少的粪便/尿液就可以污染几十倍的冲洗用水，再进而污染整个生活排水，使污水大量持续产生；其二是污水处理厂面对巨量的污水，只能进行有限的处置后就必须尽快排放，以腾空容量去处置持续不断进厂的新的污水。据世界卫生组织统计，全球80％的生活污水，没有得到适当处理，最终排向江河湖海等自然水体，造成严重的环境问题以及极大的公共卫生隐患。

全球约40％的贫困人口使用没有连接到管网系统的非冲水简易厕所，如旱厕所、蹲坑，甚至有相当一部分人口没有任何厕所，而只能露天随地排便。

对这些非冲水简易厕所，粪便尿液存储于诸如化粪池一类的露天的，与生活水源无良好隔离的场所，由此引发的腹泻类疾病，每年导致大约150万人死亡。

由此可见，现有的管网冲水厕所系统及非管网简易厕所都存在着相当严重的问题。全球许多创新团队包括比尔.盖茨基金会都在研发“便后立即就地对排泄物进行无害化处理”以及“重新发明马桶计划”的方案。

对粪便/尿液进行脱水是需要优先考虑的问题。因为人体排泄物(粪便/尿液)中的水分含量大于90％，如果能够进行脱水干燥，需要处理的固体废物的体积/重量将极大的缩减，使整个处理链的效率增加，成本降低。同时对干燥的粪便进行杀菌消毒以及保存要比液态容易得多。

但是对于类似于粪便类的含水固体进行干燥并不容易。干燥的方法一般来说有两种，一种是强制蒸发，即在常压下将粪便温度加热到100℃，以蒸发水分并杀菌，该相变过程消耗大量能源，其描述参数为汽化潜热，在一个大气压下，100℃时水的汽化潜热为2257.2kj/kg，相比之下水的比热容为4.2kj/kg.水分气化消耗能量是相同水量从0℃升到100℃所需能量的5倍多。由于粪便中含水量很高，通常在90％以上，因此采用强制蒸发的方式来处理粪便能耗很高。二是自然蒸发，也称为风干，即在低于水的常压沸点(即100℃)的温度下，使空气流过粪便，由于粪便中的含水量高于空气中的含水量，按照扩散定律，水自然从浓度高处向浓度低处扩散，粪便中的水分缓慢向空气中扩散并逐步干燥。

强制蒸发的优点是设备简单且干燥迅速，其缺点是能耗大；自然蒸发的优点是：由于避免了汽化潜热，所以干燥过程的能耗很低，缺点是干燥缓慢。此外自然蒸发并不能杀灭粪便中的微生物，需要加入具有微生物杀灭作用的化学试剂，但这种化学试剂的引入往往会进一步向粪便中引入液体成分，有可能对自然环境造成毒害。而强制干燥如果要确保100％地杀灭粪便中的微生物，则需要延长加热时间，这进一步增加了能耗。可见，粪便的处理过程中，在低能耗和迅速干燥之间存在着矛盾，且如何高效且低成本的100％杀灭粪便中的微生物，也是个难题。

便后冲洗马桶消耗的水量至少超过粪便尿液总含水量的10多倍，对包含冲洗水的粪便污水进行蒸发脱水是难以实现或者是极其不经济的。所以必须首先解决免冲水厕所的问题。在水冲厕所系统中，水主要承担了三项功能，(1)冲洗并保持便盆的清洁；(2)输送粪便尿液；(3)吸收臭味并隔离下水道气味。免冲水厕所必须能够使用其他手段来实现上述三项功能。

公共厕所是现代社会和生活必不可少的公共服务设施，但公共厕所在给予人们如厕便利的同时，在一定程度上也对生态环境带来影响。目前，排泄到公共厕所的粪尿进入城市污水处理厂后，真正的粪尿污染物仅占其中的1％，冲厕水及其他则占到了总量的99％。可见，造成污染的真正原因非粪尿本身，而是人们不合理的粪尿处理方式。这样的后端处理方式不仅造成严重的水资源浪费，更导致污水处理的3大难题：一是总氮磷排放达1A标准的处理成本投入大，成效却不明显；二是中水回用的消毒除味困难；三是大量的污泥处理已成城市管理者头痛的难题。

同时，蹲便器还有一个更大的问题就是经常排在器外，导致无法冲洗，尤其是大型展会多人使用蹲便器经常造成其周边污染，非常恶心，且影响别人使用。

专利文献公开号108442487A公开了一种有水无水均可使用蹲便器，其特征在于其包括安装板(1)、设置在安装板(1)上的第一排泄口(2)、设置在第一排泄口(2)后方的第二排泄口(3)以及用于挡住第二排泄口(3)的挡板装置，在所述第一排泄口(2)的下方设置有承接斗(16)，在承接斗(16)的底部有排泄通道(14)。专利文献公开号204112454U公开了一种节水蹲便器。在蹲便器本体内上部设有一倾斜设置的导向隔离板，导向隔离板的后端与蹲便器本体后端内侧之间设有缝隙，在导向隔离板与蹲便器本体底部之间设有弹性支架，在导向隔离板的底部后端固设有连接绳；在蹲便器本体的前侧设有痰液孔，痰液孔通过痰液孔管与蹲便器本体相连通；在蹲便器本体的上部两侧脚踏处均设有相连的水平踏台和斜台。专利文献公开号1374066A公开了一种节水减少水污染源头又可再利用的有机肥，免水冲座/蹲便器及配置方法，其中座便器、有袋装粪便、有粪箱。其特征是：开关活叶档板、平滑开关档板，接大小便入口灵活粪箱、用冷气压制粪尿发酵作用、把粪箱里加漂浮物。专利文献公开号101002664A公开了一种发泡式生态免冲水厕所,包括设于基面上的蹲便室和设于基面下的处理室,其特征在于,蹲便室安装有蹲便器,所述蹲便器安装在基面上面；处理室内设有主机和发泡器；主机包括发酵槽和安装在发酵槽外部的机械传动装置,机械传动装置联接发酵槽内的搅拌器,发酵槽内装有微生物菌剂,发酵槽外底部设有加热装置；所述发酵槽上部设有与所述蹲便器的底部开口相对应的活动挡板,并在其上安装有电控装置；所述微生物菌剂含有特定微生物菌株；而且,发泡器通过连接管与蹲便器相连,能将泡沫导入蹲便器中。专利文献公开号103735212A公开了一种免冲水厕所，其包括以下构件：坐便器或蹲便器(12)，其内盛有多个载球(11)；所述载球用于承载粪便并通过排放该载球将粪便排出该坐便器或蹲便器；搅拌混合器(7)，其用于接收来自所述坐便器或蹲便器(12)的粪便和载球，并将粪便与载球搅拌在一起；螺旋输送干燥器(14)，其包括封闭式外壳(1)和置于该外壳内的螺旋输送叶片(2)，该螺旋输送叶片能在主轴(3)的带动下旋转，且该螺旋输送叶片(2)与所述封闭式外壳(1)之间构成螺旋通道(17)，该螺旋通道的两端分别设有干空气入口(5)、湿空气出口(6)、粪便入口(15)和干粪便渣出口(16)；所述粪便入口(15)与所述搅拌混合器(7)的出口相连。

卫生设施领域亟待研发一种免冲水厕所和低能耗且迅速高效的将粪便在原地处理，可以高效杀灭粪便中的微生物的方法，推广一种价格低廉的“下一代厕所”。

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，如厕者可以将粪尿准确的排在厕具内；厕具免水冲并能保持厕具内不会存留排泄物，且集中输送到专用集粪容器中；并可以高效杀灭粪便中的微生物。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：包括外壳和粪尿接收输送装置，所述粪尿接收输送机构置于外壳中，外壳中间设有长孔，长孔两侧设有左右脚踏面，左右脚踏面的内侧边低于长孔两侧边，并与长孔后端头共同构成使如厕者对准排泄位的限位台；所述粪尿接收输送装置包括粪尿推送机构、粪尿输送机构和齿轮泵壳体，所述齿轮泵壳体呈盒状，齿轮泵壳体分成粪尿接收空间和齿轮泵工作空间，粪尿接收空间前端设有粪尿推送机构，所述粪尿推送机构包括驱动机构、推杆和刮板，所述刮板底部与齿轮泵壳体的底面触接，刮板的后表面固接推杆并构成整体的推送器结构，推杆与驱动机构连接；齿轮泵工作空间设有粪尿输送机构，所述粪尿输送机构包括电机减速机构和齿轮副，所述齿轮副与电机减速机构连接构成齿轮泵输送结构，齿轮泵输送结构排出口与专用密闭管道连通。

所述外壳左右脚踏面的限位台深度为2-3cm。

所述外壳的内腔中设有微生物菌群喷射泵，微生物菌群喷射泵置于外壳的内腔上方，微生物菌群喷射泵向粪尿接收空间投放微生物菌群。

所述外壳长孔前部上方扣合有尿液收集斗，尿液收集斗与外壳前端及长孔前部外沿扣合并向粪尿接收空间倾斜，粪尿推送机构置于尿液收集斗下方。

所述外壳的高度为250mm-350mm,外壳后方上铰接有马桶座圈，构成蹲坐两用厕具结构。

所述外壳采用陶瓷制成。

所述粪尿推送机构的刮板由两个圆弧段构成整体的横截面形状呈

“3”结构，所述推杆与齿轮泵壳体前壁支撑孔滑动连接，推杆前端与刮板固接，推杆后端的中心孔内固接有螺母，螺母与螺杆螺接，螺杆与电机减速机构输出端连接。

所述粪尿输送机构置于齿轮泵壳体后方的齿轮泵工作空间内，齿轮副通过轴承支撑在壳体的底部和上泵盖上，所述粪尿输送机构齿轮副中的主动齿轮中心设有圆柱内腔，圆柱内腔内置有电机减速机构，电机减速机构的输出轴与主动齿轮键接，主动齿轮与从动齿轮啮合构成齿轮泵结构，所述刮板两个圆弧内表面与齿轮副的外圆表面吻合，壳体的排出口与专用密闭管道连通。

所述刮板采用硅橡胶或通用级聚苯乙烯或聚酰胺或ABS材料制成。

所述齿轮泵壳体采用金属或塑料制成。

有益效果：与现有技术相比，本发明通过外壳的适当高度与蹲便器本体结合构成蹲坐两用厕具。通过脚踏限位高台的设计，可以保证如厕者将排泄物准确地排泄在厕具内，维护厕具周边的卫生环境。通过粪尿推送机构和粪尿输送机构协同工作，可以保证粪尿不会在蹲便器内累积，免去了便池内冲水的过程，在没有水的时候使用，可以大大节省用水量，也不会看到里面的排泄物，避免粪便堆积，同时将尿液和粪便收集送入专用密闭管道进行生物降解，再将回收的粪尿制造有机肥。使用微生物菌群喷射泵投放微生物菌群可以有效防止异味散发出来，使整个厕所更加整洁，生态处理的源头是在自人体排泄后即开始进行分解，从而简化了大量排泄物的资源化收集设备和污水处理设备，为生产有机肥提供基础原料。本发明尤其适于农村干厕环境使用。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是粪尿推送机构和粪尿输送机构的结构示意图；

图3是粪尿推送机构和粪尿输送机构位置关系示意图；

图4是图1的外壳结构示意图。

图中：1、齿轮泵壳体，1-1、粪尿接收空间，1-2、齿轮泵工作空间，2、外壳，2-1、长孔，3、左右脚踏面，4、限位台，5、推杆，6、刮板,7、电机减速机，8、齿轮副，8-1、排出口，9、专用密闭管道，10、微生物菌群喷射泵，11、尿液收集斗，12、马桶座圈，13、螺母，14、螺杆，15、上泵盖。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：

详见附图1，本实施例公开了一种免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，包括外壳2和粪尿接收输送装置，所述粪尿接收输送机构置于外壳中，外壳中间设有长孔2-1，长孔两侧设有左右脚踏面3，左右脚踏面的内侧边低于长孔两侧边，并与长孔后端头共同构成使如厕者对准排泄位的限位台4；所述粪尿接收输送装置包括粪尿推送机构、粪尿输送机构和齿轮泵壳体1，齿轮泵壳体分成粪尿接收空间1-1和齿轮泵工作空间1-2，本实施例的齿轮泵壳体，采用金属钢板加工成带底的盒形壳体，在盒体后部机加工出相吻接的两个圆柱形，构成齿轮泵工作空间，或采用塑料注塑成型。粪尿接收空间前端设有粪尿推送机构，所述粪尿推送机构包括驱动机构、推杆5和刮板6，所述刮板底部与齿轮泵壳体的底面触接，刮板的后表面固接推杆并构成整体的推送器结构，推杆与驱动机构连接，本实施例驱动机构采用电机减速机7；齿轮泵工作空间设有粪尿输送机构，所述粪尿输送机构包括电机减速机和齿轮副8，所述齿轮副与电机减速机连接构成齿轮泵输送结构，齿轮泵输送结构排出口8-1与专用密闭管道9连通。

所述外壳采用陶瓷制成。本实施例的外壳与卫生洁具的生产工厂设计成新一代蹲坐两用卫生洁具。

本实施例的优选方案是，所述外壳左右脚踏面的限位台深度为2-3cm。本实施例限位台深度以及脚踏面长度和宽度按照普通成年人群设计。限位台的设计是为了确保如厕者的蹲位准确，保证排泄物准确地排泄在厕具内。本实施例的左右脚踏面做成前宽后窄形状，方便脚位舒适。

本实施例的优选方案是，所述外壳的内腔中设有微生物菌群喷射泵10，微生物菌群喷射泵置于外壳的内腔上方，微生物菌群喷射泵向粪尿接收空间投放微生物菌群。每次使用厕具后通过微生物菌群喷射泵定量投放微生物菌群或生物活性物质，如壳聚糖类。

本实施例的优选方案是，所述外壳长孔前部上方扣合有尿液收集斗11，尿液收集斗与外壳前端及长孔前部外沿扣合并向粪尿接收空间倾斜，形成尿液向蹲便器本体内腔流入的“泛水”。粪尿推送机构置于尿液收集斗下方。

本实施例的优选方案是，根据人直肠应垂直的生理功能以及普通人群身高，所述外壳与地面高度，即座便高度为250mm-350mm,外壳上铰接有马桶座圈12，构成蹲坐两用厕具结构。

本实施例的优选方案是，所述粪尿推送机构的刮板由两个圆弧段构成整体的横截面形状呈“3”结构，所述推杆呈矩形，其前端与刮板固接，推杆后端的中心孔内固接有螺母13，螺母与螺杆14螺接，螺杆与驱动机构即电机减速机7的输出端键接或法兰连接。所述刮板两个圆弧内表面与齿轮副的外圆表面吻合，相吻合的目的是刮板推送粪尿后，其内表面会留有残留物，刮板内表面通过与其吻接的齿轮副转动即可将表面残留物刮干净。通过不同人群若干人的实验，各种常规粪尿条件下均可以刮干净。特殊情况下，如不能刮干净，通过微生物菌群喷射泵定量投放的微生物菌群，可以将挂板上的残留物分解。壳体的出口与专用密闭管道连通。所述粪尿输送机构齿轮副通过轴承(图中未示)所述粪尿输送机构齿轮副中的主动齿轮中心设有圆柱内腔，圆柱内腔内置有电机减速机构，电机减速机构的输出轴与主动齿轮键接，主动齿轮与从动齿轮啮合构成齿轮泵结构，从动齿轮通过支撑轴支撑在壳体的底部和上泵盖15上，。齿轮泵输送结构与常规齿轮泵结构相同，本实施例的齿轮泵输送结构的壳体进口侧呈开口状，使齿轮副外露2/4，目的是使刮板与齿轮副触接面积加大，方便即将刮板清理干净。所述刮板采用硅橡胶或通用级聚苯乙烯或聚酰胺或ABS材料制成。本实施例刮板采用ABS材料制成。刮板与齿轮表面触接应掌握软硬材料触接，可以保证刮板表面粪尿残留物清理干净。

工作过程及原理

如厕者踏在外壳的脚踏面上蹲便时，根据普通人群统计设计的脚踏面其长度误差±5cm，尿液顺着尿液收集斗的“泛水”流入齿轮泵壳体内腔，此时粪尿落入粪尿推送机构和粪尿输送机构之间的空间。如厕完毕后，按下遥控器的开关，控制粪尿推送机构和粪尿输送机构的两只电机减速机开始工作。粪尿推送机构的电机减速机工作通过螺杆带动推杆及刮板向前移动，推向粪尿向齿轮泵方向，齿轮泵转动的两齿轮的齿相互分开时，该区域形成低压，粪尿吸入，并由壳壁推送到另一侧，另一侧两齿轮互相合拢时，该空间形成高压，将粪尿排出，通过出口输送至专用密闭管道。当刮板移动到齿轮泵接触到齿轮大约停留10秒所有，使齿轮有较长时间挂掉挂板上的残留物，然后齿轮泵停止工作，粪尿推送机构的电机减速机反转，带动螺杆、推杆及刮板向回移动归位。微生物菌群喷射泵将微生物菌群或生物活性物质定量投放到便器中，再进一步进行生态分解，同时祛除异味然后可集中到专用集粪容器中。

本实施例的粪尿推送机构采用螺杆副传动，还可以采用直线导轨传动或液压传动。本实施例的微生物菌群喷射泵结构采用常规卫生间喷洒香水的喷射泵，内装电池，或手动操作也可。

本实施例电机、电源与遥控器采用常规的接线方式。电机减速器采用市售的连体微型结构商品或按照其结构生产更适合本发明空间的微小电机减速器。

本实施例粪尿推送机构的推杆前后移动距离通过机械式限位开关控制电机的正反转。也可以采用光电控制线路控制电机的正反转。整体结构的电路部分如延时继电器与微动开关和两只电机的连接只需采用现有技术的控制电路即可，不再赘述。

本实施例将粪尿推送机构和粪尿输送机构组装成整体总成，放入蹲便器本体内腔底部上。本实施例的蹲便器本体、外壳采用陶瓷材料，齿轮副及壳体采用ABS材料。

通过本发明装置输送至专用密闭管道的粪尿经过再加工制成有机肥。按照理想的方式为粪肥算了一笔经济账。按一户3口之家为一个基本单位，一人一天排便0.64斤，一年要排出约233.6斤的粪便，那么，3口之家一年约产生700.8斤的粪便。每户家庭产生的700.8斤粪便经过添加其他农业废弃物如秸秆等处理转化后，约能产生1051.2斤的有机肥料。一亩生态种植的菜地需要的肥料是2000斤，所以1051.2斤的有粪肥可以支持0.53亩的蔬菜种植。如果按照每亩地建大棚，全年计划轮作6个茬口种植，可产出蔬菜12000斤；那么0.53亩地就等于产出蔬菜约6360斤。按照一户3口之家周一至周五开灶一次、周末开灶两次计算：每周需要12斤蔬菜，全年需要576斤蔬菜，6360斤蔬菜除去20％的损耗后可得到5088斤净菜，5088斤净菜可以供给8户3口之家的基本应季蔬菜需求。

上述参照实施例对该一种免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：包括外壳和粪尿接收输送装置，所述粪尿接收输送机构置于外壳中，外壳中间设有长孔，长孔两侧设有左右脚踏面，左右脚踏面的内侧边低于长孔两侧边，并与长孔后端头共同构成使如厕者对准排泄位的限位台；所述粪尿接收输送装置包括粪尿推送机构、粪尿输送机构和齿轮泵壳体，所述齿轮泵壳体呈盒状，齿轮泵壳体分成粪尿接收空间和齿轮泵工作空间，粪尿接收空间前端设有粪尿推送机构，所述粪尿推送机构包括驱动机构、推杆和刮板，所述刮板底部与齿轮泵壳体的底面触接，刮板的后表面固接推杆并构成整体的推送器结构，推杆与驱动机构连接；齿轮泵工作空间设有粪尿输送机构，所述粪尿输送机构包括电机减速机构和齿轮副，所述齿轮副与电机减速机构连接构成齿轮泵输送结构，齿轮泵输送结构排出口与专用密闭管道连通。

2.根据权利要求1所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述外壳左右脚踏面的限位台深度为2-3cm。

3.根据权利要求1或2所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述外壳的内腔中设有微生物菌群喷射泵，微生物菌群喷射泵置于外壳的内腔上方，微生物菌群喷射泵向粪尿接收空间投放微生物菌群。

4.根据权利要求3所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述外壳长孔前部上方扣合有尿液收集斗，尿液收集斗与外壳前端及长孔前部外沿扣合并向粪尿接收空间倾斜，粪尿推送机构置于尿液收集斗下方。

5.根据权利要求4所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述外壳的高度为250mm-350mm,外壳后方上铰接有马桶座圈，构成蹲坐两用厕具结构。

6.根据权利要求5所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述外壳采用陶瓷制成。

7.根据权利要求1所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述粪尿推送机构的刮板由两个圆弧段构成整体的横截面形状呈“3”结构，所述推杆与齿轮泵壳体前壁支撑孔滑动连接，推杆前端与刮板固接，推杆后端的中心孔内固接有螺母，螺母与螺杆螺接，螺杆与电机减速机构输出端连接。

8.根据权利要求1所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述粪尿输送机构置于齿轮泵壳体后方的齿轮泵工作空间内，齿轮副通过轴承支撑在壳体的底部和上泵盖上，所述粪尿输送机构齿轮副中的主动齿轮中心设有圆柱内腔，圆柱内腔内置有电机减速机构，电机减速机构的输出轴与主动齿轮键接，主动齿轮与从动齿轮啮合构成齿轮泵结构，所述刮板两个圆弧内表面与齿轮副的外圆表面吻合，壳体的排出口与专用密闭管道连通。

9.根据权利要求1或7所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述刮板采用硅橡胶或通用级聚苯乙烯或聚酰胺或ABS材料制成。

10.根据权利要求1所述的免冲水可回收粪尿资源的蹲坐两用厕具，其特征是：所述齿轮泵壳体采用金属或塑料制成。

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