CN113698039B - 尿液无害化处理方法、系统及基于其的智能厕所 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了尿液无害化处理方法、系统及基于其的智能厕所。所述系处理方法包括：对尿液依次进行一级、二级及三级处理，分别加入含微生物复合菌、微生物酶和糖分解酶的一级处理剂，含高温炭的二级处理剂，含活性炭的三级处理剂，通过微生物、物理及化学的联合与协同作用，获得的可直接排送至湿地的尿水混合物。本发明可实现尿液的就地资源化再利用，无需后期污水治理。
Description
技术领域
本发明涉及尿液处理方法的技术领域。
背景技术
随着技术发展，目前国内主要的厕所形式包括：最常见的传统水冲厕所，多用于高铁、飞机等处的真空抽吸厕所，更新颖但应用较少的微生物降解厕所，其对尿液的处理过程分别如：
(1)传统水冲厕所：直接通过水将尿液排送至污水管网如排污管道、化粪池等处；
(2)真空抽吸厕所：通过阀门开闭与真空管道进行通断，并通过真空负压将尿液由真空管道抽吸至废物储蓄罐或直接排放；
(3)微生物降解厕所：属于新型厕所，无下水管网，通过微生物降解槽将粪便、尿液进行收集，再通过微生物发酵、吞噬、分解粪便最终形成有机肥料进行排放。
上述厕所基本上都是通过常规厌氧发酵的方式将包括尿液的排泄物直排到排污管道或者化粪池，存在味臭、脏、不洁净等问题，同时没有实现尿液或尿液与水的混合物的无害化处理。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的尿液无害化处理方法、系统和智能厕所，所述尿液处理方法包括三级消纳处理过程，所得尿水混合物可进入土壤渗透层直接形成人工湿地，本发明可实现尿液的无害化效果，同时实现其就地资源化再利用，无需后期污水治理。
本发明首先提供了如下的技术方案：
尿液无害化处理方法，其包括：
对尿液进行一级处理，所述一级处理包括：向尿液内添加第一处理剂，使加入该第一处理剂后的尿液进行分解和结晶沉淀；
对完成一级处理后的尿液进行二级处理，所述二级处理包括：向完成所述一级处理后的尿液中添加第二处理剂，使加入该第二处理剂后的尿液进行降解、溶解和吸附凝集；
对完成二级处理后的尿液进行三级处理，所述三级处理包括：向完成所述二级处理后的尿液中添加第三处理剂，使加入该第三处理剂后的尿液进行无害化转换；
将完成三级处理后获得的尿液和水的混合物排放至湿地渗透层；
其中，
所述第一处理剂包括微生物复合菌、微生物酶和糖分解酶；
所述第二处理剂包括高温炭；
所述第三处理剂包括活性炭。
上述方案中，所述高温炭是指碳化温度在1000℃以上、固定炭含量在85％以上的木炭产品，可直接通过市售获得；所述湿地可包括天然湿地或人工湿地；所述微生物酶可选择一般市售的进行废水生物处理的微生物酶。
根据一些优选实施方式，所述微生物复合菌包括反硝化细菌、芽孢杆菌、假单胞细菌和硝化细菌。
根据一些优选实施方式，所述分解酶选自糖化酶。
根据一些优选实施方式，所述第一处理剂还包括含量占其总质量的1～15％的草酸。
根据一些优选实施方式，所述第二处理剂还包括聚丙烯酸树脂和羰基铁粉，其中，所述聚丙烯酸树脂的含量为所述第二处理剂总质量的15～25％，所述羰基铁粉的含量为所述第二处理剂总质量的10.5～14.5％。
根据一些优选实施方式，所述第三处理剂还包括多酚化合物、醌类化合物和碱性pH调节剂。
根据一些优选实施方式，所述多酚化合物选自褐藻多酚，所述醌类化合物选自2,6-二甲氧基苯醌，所述pH调节剂选自碳酸钾。
根据一些优选实施方式，所述第三处理剂中，所述多酚化合物的含量为所述第三处理剂总质量的0.1～1％，所述醌类化合物的的含量为所述处理剂总质量的0.05～0.15％，所述pH调节剂的质量为所述第三处理剂总质量的0.1～5％。
本发明进一步提供了根据上述处理方法进行尿液无害化处理的系统，其包括：一端与尿液入口连通、另一端通向湿地的最靠近表面的一个渗透填充层的可封闭的处理设备，所述处理设备内包括依次连通的用于进行所述一级～三级处理的第一～第三三个处理池。
根据一些优选实施方式，所述处理池由聚乙烯塑料和/或钢化玻璃制成。
本发明进一步提供了根据上述处理方法和/或处理系统进行尿液无害化处理的智能厕所。
本发明的处理方法在常规厌氧发酵的基础上，使用了独特的三级微生物复合菌协同处理方式，可加速尿液中污染物及危害物的消解速度，是有益成分的发酵腐熟效率提高50％以上，处理完成的尿水混合物可进一步为公园湿地中的绿植补充水喝有机成分，实现尿液的还田资源化利用。
在本发明的三次处理剂协同处理过程中，一级处理可对尿液进行吞噬、分解和结晶沉淀，分解产物主要形成水和二氧化碳；当在第一处理池中进行处理的尿液达到一定量后，其可通过连通处进入第二处理池中进行二级处理，二级处理的过程中除了尿液的进一步分解外，含有微小沉淀和其他混合成分的尿液可通过高温炭进行滞留、过滤和氧化还原，在一些优选方案中，二级处理中树脂与炭黑及磁性和电荷粉末形成协同作用，可将大量微小沉淀进行固定，并使固定后的沉淀与其他混合成分进一步通过氧化还原得到分解；当在第二处理池中进行处理的尿液达到一定量后，其可通过连通处进入第三处理池中进行三级处理，三级处理的过程中除了极少量未分解尿液的更进一步分解外，活性炭可对更微小的颗粒物及一些挥发气氛进行吸附，实现尿液的无害化处理，在一些优选方案中，三级处理中还包括通过多酚及醌类化合物对尿液有害物的化学结合，通过化学结合消除有害物的影响并同时实现所得产物的抗菌抗病毒性处理；在经三级处理后，在检测达到中水排放标准后将所得的尿水混合物排放至公园(人工)湿地的第四层、即最靠近表面的一个渗透填充层，再进行植物遮蔽、蒸腾水分和养分吸收，在此过程中绿植补充了水和有机成分，真正做到了尿液还田资源化利用。
附图说明
图1为一种具体的尿液无害化处理系统的处理过程示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种具体的智能厕所的尿液无害化处理方法包括：
将智能厕所的排泄装置中的尿液排泄口与设有投料口的封闭罐体状处理设备连通，处理设备的出口再通向公园湿地的第四层，其中，处理设备包括三个依次连通的处理池，即一级～三级处理池，分别进行一级～三级处理，包括：
一级处理：向尿液内添加第一处理剂，进行尿液初级分解及结晶沉淀；
二级处理：向一级处理后的尿液中添加第二处理剂，进行尿液的消纳降解；
三级处理：向二级处理后的尿液中添加第三处理剂，进行尿液的无害化转换。
优选的，
第一处理剂中含有包括反硝化细菌、芽孢杆菌、假单胞细菌和硝化细菌的微生物复合菌，其可直接通过市售得到，并可进一步与用于废水生物处理的微生物酶和可进行糖类分解的分解酶如糖化酶进行复配。
第二处理剂包括高温炭、聚丙烯酸树脂和羰基铁粉；
第三处理剂包括活性炭和化学处理试剂，更优选如多酚化合物和醌类化合物。
更优选的，第一处理剂中还包括沉淀剂，优选如草酸，第三处理剂中还包括碱性pH调节剂，优选如碳酸钾。
在上述的优选方案中，
增加微生物酶和糖化酶可充分提高微生物复合菌的分解效率、提高微生物复合菌的活性，同时，加入沉淀剂可提高尿液中部分难以分解的无机元素与分解残余形成结晶组合物沉淀下来，在更优选的方案中，使用草酸可显著提高尿液的沉淀与结晶效率，同时其具有一定的尿液环境调节性，可进一步促进微生物复合菌对尿液的活性分解能力，此外，发明人意外地发现在一级处理池中添加草酸后对其后在二级处理池中加入高温炭的滞留和氧化还原效果具有促进作用，对二级处理池中加入聚丙烯酸树脂和羰基铁粉发挥吸附、固定、微小粉末凝聚/团聚等具有促进作用，且可使在经过该二级处理后所得尿液的整体酸碱度达到一个合适范围，使三级处理中化学处理试剂可最充分地发挥效果，并可与加入的碱性pH调节剂协同后一方面促进化学处理剂发挥功效以实现最终无害化，同时可调节最终所得的尿水混合物至一个可排放的酸碱性标准。
添加高温炭、聚丙烯酸树脂和羰基铁粉后，除了进行一般现有技术中均会考虑到的尿液分解外，其可对含有一定粒径范围沉淀或杂志颗粒的混合物进行有效滞留，且在滞留的过程中基于高温炭的孔径分布和致密结构、结合聚丙烯酸树脂的吸附能力，及羰基铁粉对高温炭和聚丙烯酸树脂的静电吸附力的促进，可使颗粒物得到固定并在固定的过程中实现沉积、凝聚，充分发挥定点反应，反应后的部分还可自然地通过高温炭得到过滤，在此过程中沉积、凝聚释放的热量与炭黑的还原性配合可促进小颗粒凝聚物等通过氧化还原反应得到分解。
添加多酚及醌类化合物可使在三级处理过程中无法直接或快速地进行物理、生物处理的部分有害物质较快地通过化学处理实现无害化，进一步的，通过添加褐藻多酚和2,6-二甲氧基苯醌在本发明的处理体系下可得到最佳的一些无害化处理效果。
其他一些优选如，处理池由聚乙烯塑料和/或钢化玻璃制成。
根据以上具体实施方式，本发明进一步对其中的优选实施例做了如下展示：
实施例
所用智能厕所通过如附图1所示的系统和过程进行尿液无害化处理，其中一级处理池大小为500mm*610mm*650mm，在自底部向上480mm处与二级处理池连通，二级处理池大小为250mm*610mm*650mm，在自底部向上240mm处与三级处理池连通，三级处理池大小为750mm*610m*650mm，自三级处理池排出的尿水混合物排放至公园的人工湿地的第四层，该湿地的组成自表面向下依次包括绿植层、种植土层、第四渗透填充层、第三渗透填充层、第二渗透填充层及第一渗透填充层。
在具体处理中，各级处理池中的微生物复合菌均包含反硝化细菌、芽孢杆菌、假单胞细菌和硝化细菌，使用市售的一般产品与其他添加成分进行复配。
在一级处理池中，加入20-30kg复合菌剂，在复合菌外，其含有质量为复合菌剂总质量的5-10％的微生物酶、总质量1-4％的糖化酶、总质量6％的草酸；
在二级处理池中，加入500g高温炭、其质量20％的聚丙烯酸树脂、其质量12.5％的羰基铁粉；
在三级处理池中，加入1kg-2kg活性碳，其质量0.8％的褐藻多酚、其质量0.15％的2,6-二甲氧基苯醌、其质量1％的碳酸钾；
经过三级处理后，对三级处理池排放口排出的尿水混合物进行检测，该混合物符合：《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB/T18920-2002排放标准，且满足：pH6.2；总大肠菌群/(个/L)0.8；阴离子表面活性剂(mg/L)0.88；溶解氧(mg/L)1.86；氨氮/(mg/L)6.78；溶解性总固体(mg/L)812等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (1)
1.尿液无害化处理方法，其特征在于，其包括：
对尿液进行一级处理，所述一级处理包括：向尿液内添加第一处理剂，使加入该第一处理剂后的尿液进行分解和结晶沉淀；
对完成一级处理后的尿液进行二级处理，所述二级处理包括：向完成所述一级处理后的尿液中添加第二处理剂，使加入第二处理剂的尿液进行降解、溶解和吸附凝集；
对完成二级处理后的尿液进行三级处理，所述三级处理包括：向完成所述二级处理后的尿液中添加第三处理剂，使加入第三处理剂的尿液进行无害化转换；
将完成三级处理后获得的尿液和水的混合物排放至湿地的渗透层；
其中，
所述第一处理剂包括微生物复合菌、微生物酶和糖分解酶；
所述第二处理剂包括高温炭；
所述第三处理剂包括活性炭；
其中，
所述微生物复合菌包括反硝化细菌、芽孢杆菌、假单胞细菌和硝化细菌；
所述糖分解酶选自糖化酶；
所述第一处理剂还包括含量占其总质量的1～15％的草酸；
所述第二处理剂还包括聚丙烯酸树脂和羰基铁粉，其中，所述聚丙烯酸树脂的含量为所述第二处理剂总质量的15～25％，所述羰基铁粉的含量为所述第二处理剂总质量的10.5～14.5％；
所述第三处理剂还包括多酚化合物、醌类化合物和碱性pH调节剂，其中，所述多酚化合物选自褐藻多酚，所述醌类化合物选自2,6-二甲氧基苯醌，所述pH调节剂选自碳酸钾；所述多酚化合物的含量为所述第三处理剂总质量的0.1～1％，所述醌类化合物的含量为所述第三处理剂总质量的0.05～0.15％，所述pH调节剂的质量为所述第三处理剂总质量的0.1～5％。
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