CN111960599A - 一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置及其使用方法，属于生态环境领域。该新型太阳能尿液浓缩与冷凝水回收装置设计主要由pH调节单元和太阳能蒸发单元两大核心部分及相关附属设备构成。首先将尿液储存箱中的尿液输送到pH调节单元，将pH调节到5，随后再输送到太阳能蒸发单元利用太阳能所转化的热能进行浓缩蒸馏。所蒸发的水蒸气，在冷却液的作用下转化为液态流至冷凝水收集箱中。所产生的冷凝水可经过些许消毒处理后作为冲厕水使用，从而达到回收高浓度小体积尿液肥料资源和可用于冲便水水源的冷凝水，以及降低直接利用时的运输储存成本及城市污水厂中营养元素的处理负荷。
Description
技术领域
本发明属于生态环境领域，具体涉及一种利用太阳能清洁能源来高效浓缩尿液与同步回收冷凝水的装置，在保留尿液中营养盐的前提下减小尿液体积并得到冷凝水，为尿液的处置与资源化利用提供一种新途径。
背景技术
随着水环境污染日益严重，国家对污水排放标准的要求也逐渐提高，尤其是对水体中氮和磷等相关指标的要求。据统计，人体尿液的排放体积占生活污水总体积不足1％，而其中所含的营养物质氮和磷含量分别占到生活污水的80％和50％以上，也就是说尿液是水厂中氮磷元素的最主要贡献者。
然而一种传统且最常用对尿液的处理方式，是将其作为生活污水直接排入下水道，这样不仅大大增加了污水厂中氮磷负荷，而且易造成受纳水体富营养化，更重要的是这也是对尿液中营养物质资源的浪费；另外一种传统的处理方式是将尿液作为资源，将其进行储存，然后运输别处直接作为农业肥料，这样所占据的储存位置空间和运输成本等对当前的城市来说，都是一种负担。因此开发一种回收装置不仅具有很好的环境效益，而且具有很强社会效益和经济效益。
发明内容
对于当前水环境日益恶劣和资源处置不合理现象日趋严重，本发明的目的在于通过采用新型太阳能尿液浓缩与冷凝水回收装置来处理尿液，从根本上减少尿液直接排入城市污水管道，达到回收高浓度小体积尿液肥料资源和可用于冲便水水源的冷凝水，以及降低直接利用时的运输储存成本及城市污水厂中营养元素的处理负荷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置，包括pH调节单元和太阳能蒸发单元；
所述的pH调节单元包括加酸口103、搅拌电机104、水位监测计A105、带pH监测计的滤网107；加酸口103位于pH调节单元的顶端，用于添加酸溶液；搅拌电机104与pH调节单元内的搅拌结构相连，用于酸溶液与尿液的搅拌；水位监测计A105设置于pH调节单元的内部一侧；pH调节单元的上部一侧通过提升泵102与尿液储存箱相连，能够通过提升泵102将尿液向上输送至pH调节单元中；pH调节单元的下方出口通过管路与太阳能蒸发单元相连，pH调节单元的出口处设置带pH监测计的滤网107；
所述的太阳能蒸发单元包括水位监测计C116、水位监测计D117和带热传导材料夹层的太阳能板112；太阳能蒸发单元上部一侧通过管路与pH调节单元的下端相连，管路上设置电磁阀A106；太阳能蒸发单元的内部一侧上下分别设置水位监测计C116、水位监测计D117；太阳能蒸发单元的外周设置带热传导材料夹层的太阳能板112，用于吸收太阳能转化热能，并利用热传导材料将热能传导至太阳能蒸发单元内加热其中尿液；太阳能蒸发单元的底部通过管路连接存储室，管路上设置电磁阀B111；
所述的太阳能蒸发单元的上端通过U型蒸汽收集口冷凝管110与冷凝水存储箱的上端相连，冷凝管110前端设置U型蒸汽收集口，冷凝管110通往冷凝水存储箱的行径方向上依次设置冷却液进口108、冷却液出口109；冷凝水存储箱的内部一侧设置水位监测计B115；冷凝水存储箱的底端通过管路连接冷凝水回用装置，管路上设置电磁阀C114。
进一步的，太阳能蒸发单元通过带热传导材料夹层的太阳能板112加热其中的尿液至80℃，并将多余的热能储存起来，以达到控制恒温的作用，以便于尿液中的水分完全蒸发。其储能效应可保证在无太阳光的情况下，设备依然能稳定工作，从而达到节能、环保的目的。
进一步的，所述的滤网用于过滤掉尿液在pH调节单元内加酸搅拌后所产生的微量沉淀，同时采用抽换式安装，可从pH调节单元外抽出更换新的滤网，方便简化使用过程。
进一步的，利用水位监测计来控制设备的启停，通过电磁阀传递的信号来控制管路的通与闭；
进一步的，所述水位监测计为电子水位感应器，通过检查水面的高度来改变电信号，从而控制设备的启停，达到更加精准的控制效果。
进一步的，在太阳能蒸发单元中，所述水位监测计C116与太阳能蒸发单元进尿口位于同一高度位置，所述水位监测计D117位于水位监测计C116垂直高度下方1/5处，从而控制尿液的浓缩倍数。
一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置的使用方法，具体如下：
(1)系统通过提升泵102将尿液储存箱中所收集的尿液输送到pH调节单元，当输送到pH调节单元中的水位线时提升泵102停止工作；
(2)进行pH的调节：由加酸口103将定量的酸溶液加入pH调节单元中的尿液里面，加酸完成后由搅拌电机104将尿液与酸溶液混合均匀，当内置pH监测计监测到pH值小于等于5时搅拌电机104停止工作，随后控制电磁阀A106开启，尿液通过滤网流到太阳能蒸发单元进行浓缩蒸馏。
(3)当太阳能蒸发单元中的尿液达到最大水位线时，电磁阀A106关闭，停止输送尿液，随后附着在太阳能蒸发单元外侧的带热传导材料夹层的太阳能板112吸收太阳能转化热能，利用热传导材料将热能传导至太阳能蒸发单元内加热其中尿液，随时间的推移水位下降，当达到最低水位线时证明浓缩完成，剩下的浓缩尿液从下方滤出至存储室待进一步处理或直接作为农业肥料；而所蒸发的水蒸气，通过上方的U型蒸汽收集口至冷凝管110中，在冷却液的作用下转化为液态流至冷凝水收集箱中。所产生的冷凝水达到冷凝水收集箱的最大水位线时，可经过些许消毒处理后作为冲厕水使用，或回用作为冷却液使用，或对冷凝水进行进一步深化处理达到城市杂用水标准进行回用。
总之，本装置以太阳能作为蒸发浓缩能量来源，降低了系统整体能耗，同时将浓缩尿液作为一种肥料资源进行回收，而不作为污水排入污水厂，减小了其处理氮磷的负荷，实现污水源头处理利用，减少其对环境的负面影响。
本发明所设计的新型太阳能尿液浓缩与冷凝水回收装置，与传统的对尿液的处理方式相比具有以下优点：
(1)冷凝水可以作为冲厕水源，节约水资源；
(2)实现污水源头处理利用，减少其对环境的负面影响；
(3)本装置不仅可以利用太阳能，还能储存热能以达到恒温的目的；
(4)自动化运行控制，用液位开关和电磁阀来控制整个装置的启停运行；从而保证设施的自动化运行；
(5)将尿液作为一种肥料资源进行回收，减小氮磷的处理负荷。
附图说明
图1尿液浓缩装置结构示意图。
图中：101尿液进口；102提升泵；103加酸口；104搅拌电机；105水位监测计A；106电磁阀A；107带pH监测计的滤网；108冷却液进口；109冷却液出口；110冷凝管；111电磁阀B；112带热传导材料夹层的太阳能板；113冷凝水存储箱进口；114电磁阀C；115水位监测计B；116水位监测计C；117水位监测计D。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述。
储存在尿液存储箱中的尿液通过提升泵102的作用进入尿液进口101，通过连接管道运输到pH调节单元，当达到水位监测计A 105监测的最高水位时提升泵102暂停工作，pH调节单元中加酸口103开启自动加酸泵向pH调节单元中加入定量酸溶液，随后利用搅拌电机104将启动，将pH调节单元中的尿液调节到适当pH值；当置于箱内的pH监测仪监测到pH值为5时，电磁阀A106打开，均匀混合的尿液通过电磁阀A口处的滤网过滤掉沉淀物后，流入到太阳能蒸发单元中，当流入尿液达到太阳能蒸发单元中的水位监测计C116监测的最高水位时，电磁阀A106关闭。太阳能蒸发单元利用外侧包裹的带热传导材料夹层的太阳能板112，将太阳能转化为热能，通过夹层传递到反应箱加热其中的混合尿液，并保持箱内温度在80℃，利用高温将大部分加酸尿液内水分蒸发成水蒸气，水蒸气通过太阳能蒸发单元顶部的U型通道流入冷凝管110中，冷凝管110采用清洁水作为冷却液，其从冷凝管左上方的冷却液进口108输入，从左下方的冷却液出口109流出，以保证其冷凝效果和设备运行的安全性、流畅性。水蒸气通过冷凝管110后被冷却为液体流入冷凝水收集箱113中收集，冷凝水收集达到监测计B115监测的最高水位时，冷凝水收集箱下方的电磁阀C114打开，将冷凝水导入循环体系或回用于厕所的清洁用水及冷却液以循环使用；另一边经高温蒸发浓缩的尿液在太阳能蒸发单元不断积累，当达到太阳能蒸发单元中的水位监测计D117监测的最低位置时，太阳能蒸发单元下的电磁阀B111打开，将浓缩尿液导出至下一级存储装置中收集待用。至此，本新型太阳能尿液浓缩与冷凝水回收装置完成一次循环的工作。
Claims (7)
1.一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置，其特征在于，包括pH调节单元和太阳能蒸发单元；
所述的pH调节单元包括加酸口(103)、搅拌电机(104)、水位监测计A(105)、带pH监测计的滤网(107)；加酸口(103)位于pH调节单元的顶端，用于添加酸溶液；搅拌电机(104)与pH调节单元的搅拌结构相连，用于酸溶液与尿液的搅拌；水位监测计A(105)设置于pH调节单元的内部一侧；pH调节单元的上部一侧通过提升泵(102)与尿液储存箱相连，能够通过提升泵(102)将尿液向上输送至pH调节单元中；pH调节单元的下方出口通过管路与太阳能蒸发单元相连，pH调节单元的出口处设置带pH监测计的滤网(107)；
所述的太阳能蒸发单元包括水位监测计C(116)、水位监测计D(117)和带热传导材料夹层的太阳能板(112)；太阳能蒸发单元上部一侧通过管路与pH调节单元的下端相连，管路上设置电磁阀A(106)；太阳能蒸发单元的内部一侧上下分别设置水位监测计C(116)、水位监测计D(117)；太阳能蒸发单元的外周设置带热传导材料夹层的太阳能板(112)，用于吸收太阳能转化热能，并利用热传导材料将热能传导至太阳能蒸发单元内加热其中尿液；太阳能蒸发单元的底部通过管路连接存储室，管路上设置电磁阀B(111)；
所述的太阳能蒸发单元的上端通过U型蒸汽收集口冷凝管(110)与冷凝水存储箱的上端相连，冷凝管(110)前端设置U型蒸汽收集口，冷凝管(110)通往冷凝水存储箱的行径方向上依次设置冷却液进口(108)、冷却液出口(109)；冷凝水存储箱的内部一侧设置水位监测计B(115)；冷凝水存储箱的底端通过管路连接冷凝水回用装置，管路上设置电磁阀C(114)。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置，其特征在于，太阳能蒸发单元通过带热传导材料夹层的太阳能板(112)加热其中的尿液至80℃，并将多余的热能储存起来，以达到控制恒温的作用，以便于尿液中的水分完全蒸发。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置，其特征在于，所述的滤网用于过滤掉尿液在pH调节单元内加酸搅拌后所产生的微量沉淀，同时采用抽换式安装，方便从pH调节单元外抽出更换新的滤网。
4.根据权利要求1或2所述的一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置，其特征在于，装置利用水位监测计来控制设备的启停，通过电磁阀传递的信号来控制管路的通与闭。
5.根据权利要求1或2所述的一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置，其特征在于，所述水位监测计为电子水位感应器，通过检查水面的高度来改变电信号，从而控制设备的启停，达到更加精准的控制效果。
6.根据权利要求1或2所述的一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置，其特征在于，在太阳能蒸发单元中，所述水位监测计C(116)与太阳能蒸发单元进尿口位于同一高度位置，所述水位监测计D(117)位于水位监测计C(116)垂直高度下方1/5处，从而控制尿液的浓缩倍数。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种太阳能尿液浓缩与冷凝水回收的装置的使用方法，其特征在于，具体如下：
(1)系统通过提升泵(102)将尿液储存箱中所收集的尿液输送到pH调节单元，当输送到pH调节单元中的水位线时提升泵(102)停止工作；
(2)进行pH的调节：由加酸口(103)将定量的酸溶液加入pH调节单元中的尿液里面，加酸完成后由搅拌电机(104)将尿液与酸溶液混合均匀，当内置pH监测计监测到pH值小于等于5时搅拌电机(104)停止工作，随后控制电磁阀A(106)开启，尿液通过滤网流到太阳能蒸发单元进行浓缩蒸馏；
(3)当太阳能蒸发单元中的尿液达到最大水位线时，电磁阀A(106)关闭，停止输送尿液，随后附着在太阳能蒸发单元外侧的带热传导材料夹层的太阳能板(112)吸收太阳能转化热能，利用热传导材料将热能传导至太阳能蒸发单元内加热其中尿液，随时间的推移水位下降，当达到最低水位线时证明浓缩完成，剩下的浓缩尿液从下方滤出至存储室待进一步处理或直接作为农业肥料；而所蒸发的水蒸气，通过上方的U型蒸汽收集口至冷凝管(110)中，在冷却液的作用下转化为液态流至冷凝水收集箱中；所产生的冷凝水达到冷凝水收集箱的最大水位线时，可经过些许消毒处理后作为冲厕水使用，或回用作为冷却液使用，或对冷凝水进行进一步深化处理达到城市杂用水标准进行回用。
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