CN114134967A - 一种粪尿冲洗水三项源分离便器与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现粪污、尿液、冲洗水三项源分离、利于后端的污水处理及资源回收利用的粪尿冲洗水三项源分离便器，其包括便器主体结构，便器中部的凸起及隔板将便器分隔成小便区和大便区，所述小便区底部设置有小便及冲洗水收集管；所述小便区前端安装有冲洗水喷口，所述大便区底部设置有大便及冲洗水收集管，所述大便区后端安装有冲洗水喷口。本发明所述粪尿冲洗水源分离便器，分离效果好，能够满足后端污水处理及粪污资源化要求；适用于供排水条件困难、地理位置偏僻的厕所；分离关键部位结构简单，易于更换维护；便器粪污分离、冲洗均通过智能控制系统控制，无需使用者手动操作，使用方便易接受。

Description

一种粪尿冲洗水三项源分离便器与方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其是一种临时厕所便器。
背景技术
随着人们对生态环境保护以及资源回收利用意识的不断加强，具有极高利用价值的粪便与可循环使用的厕所污水成为污水处理领域的重点之一。传统厕所粪污混杂，难以收集利用，已不能满足当前使用需求。源分离正是在这种条件下被提出的，即在便器源头将粪便、尿液、冲洗水等分离，各废物分别处置；解决后端分离难、处理效果差、资源回收效率低的问题，达到收集利用的目的。另一方面，一些厕所由于应用场景特殊使得施工条件差、运行管理难以采用一贯的厕所方案，往往不能满足其供排水条件，厕所排泄废物也不能确保按时清运。对于这种情形，需要在厕所内设置一套完整的污水处理回用系统来保障厕所的用水要求。而能够将冲洗水与粪尿分离的源分离便器是实现冲洗水有效回用的重要环节和前提条件。
针对粪尿源分离已形成一些技术，但目前缺乏针对粪尿冲洗水三项源分离的技术。
发明内容
本发明的设计是为了解决上述实际应用问题，实现粪污、尿液、冲洗水三项源分离功能，利于后端的污水处理及资源回收利用。
本发明第一方面提供一种粪尿冲洗水三项源分离便器，包括便器主体结构，便器中部的凸起及隔板将便器分隔成小便区和大便区，所述小便区底部设置有小便及冲洗水收集管。所述小便区前端安装有冲洗水喷口，所述大便区底部设置有大便及冲洗水收集管，所述大便区后端安装有冲洗水喷口。
进一步地，所述冲洗水喷口与便器智能控制系统相连接。
进一步地，所述小便区收集管下端设置有电动截止阀，所述电动截止阀与便器智能控制系统相连接。
进一步地，所述小便区电动截止阀上方设置有冲洗水收集管，所述电动截止阀下方连接尿液收集管，所述尿液收集管与尿液收集池相连。
进一步的，所述大便区收集管设置有挡板，挡板与固定在挡板槽中的电动伸缩杆相连，所述电动伸缩杆与便器智能控制系统相连接。
进一步地，所述挡板上方设置有冲洗水收集管，所述挡板下方连接粪便收集管，所述粪便收集管与粪便收集池相连。
进一步地，所述尿液收集池与粪便收集池可替换为尿液与粪便处理设备，使废物得以原位处理。
进一步地，所述小便区冲洗水收集管与大便区冲洗水收集管相连，合并成总冲洗水收集管，所述总冲洗水收集管可与市政排水管道相连接或与污水处理设备相连接。
进一步地，所述便器一侧墙面或隔板设置两个红外感应装置，所述红外感应装置一个设置在小便区前端对应的墙面或隔板的位置，另一个设置在大便区中部对应的墙面或隔板的位置。
进一步地，所述两个红外感应装置与便器智能控制系统相连接。
本发明第二方面提供一种粪尿冲洗水源分离的方法，其步骤包括：
当红外感应装置未感应到有人使用时，冲洗装置不启动，小便区收集管的电动截止阀与大便区收集管的挡板均关闭。
当小便区红外感应装置感应到有人使用且大便区红外感应装置未感应到有人使用时，小便区收集管的电动截止阀打开，尿液通过尿液收集管流入尿液收集池。大便区电动伸缩杆不启动，挡板仍关闭。
当小便区红外感应装置不再感应到有人使用且持续时间大于5秒时，小便区收集管的电动截止阀关闭，小便区冲洗装置启动，冲水1～2秒后关闭，冲洗水通过冲洗水收集管流入市政排水管道或污水处理设备。
当大便区红外感应装置感应到有人使用时，小便区收集管的电动截止阀打开，大便区电动伸缩杆收缩，带动挡板回收至挡板槽内，尿液通过尿液收集管流入尿液收集池，粪便通过粪便收集管进入粪便收集池。
当大便区红外感应装置不再感应到有人使用且持续时间大于10秒时，小便区收集管的电动截止阀关闭，大便区电动伸缩杆延展，将挡板推出至粪便收集管，小便区冲洗装置启动，冲水1～2秒后关闭，大便区冲洗装置启动，冲水4～5秒后关闭，冲洗水通过冲洗水收集管流入污水处理设备。
本发明第三部分提供一种冲洗水原位处理回用设备，总冲洗水收集管由便器连接至调节池，所述总冲洗水收集管安装有总冲洗水收集管阀门，所述调节池内安装有浮球液位计并与调节池抽吸泵相连接。
进一步地，所述调节池抽吸泵通过污水管线与缺氧反应池相连接。
进一步地，所述缺氧反应池与好氧反应池相连接，所述好氧反应池内安装有过滤组件，该过滤组件通过回用水管与生化池抽吸泵相连接。
所述过滤组件，优选为膜组件。
进一步地，所述好氧反应池设置有曝气管线，与曝气泵相连接。
进一步地，所述生化池抽吸泵通过回用水管与清水池相连，所述清水池设置有清水池抽吸泵，通过冲洗水管线与冲洗水喷口相连，所述冲洗水管线设置有冲洗水管线阀门。
本发明第四部分提供一种污水处理回用的方法，其步骤包括：
当便器使用后冲水时，冲洗水经冲洗水收集管进入调节池。
当调节池内水量达到预定容量时，通过浮球液位计控制抽吸泵启动，将调节池内冲洗水抽入生化处理仓内进行处理。
当冲洗水在生化处理仓内流经缺氧区与好氧区时，曝气泵向好氧区输送空气，好氧区部分混合液通过抽吸泵回流至缺氧区，出水通过膜组件实现固液分离，抽吸出的处理水进入清水池。
当便器冲洗装置启动时，清水池中的处理水由抽吸泵回流至前端供便器冲洗。
本发明所述粪尿冲洗水源分离便器，分离效果好，能够满足后端污水处理及粪污资源化要求；适用于供排水条件困难、地理位置偏僻的厕所；分离关键部位结构简单，易于更换维护；便器粪污分离、冲洗均通过智能控制系统控制，无需使用者手动操作，使用方便易接受。
附图说明
图1是本发明所述粪尿冲洗水三项源分离便器的一优选实施例的结构示意图；
图2是图1所示实施例中分离便器下游连接的污水处理回用系统的结构示意图；
图3是图1、2图所示实施例中厕所平面的俯视图，其体现分离便器和污水处理回用系统的相对位置关系和简单的结构示意；
图1-图3中数字标记的含义是：
1蹲便器 2挡板 3小便区冲洗水喷口 4大便区冲洗水喷口
5小便及冲洗水收集管 6小便区冲洗水收集管 7小便区电动截止阀
8尿液收集管 9尿液收集池 10大便及冲洗水收集管
11大便区冲洗水收集管 12粪便收集管挡板 13电动伸缩杆
14粪便收集管 15粪便收集池 16总冲洗水收集管
17小便区红外感应装置 18大便区红外感应装置 19便器智能控制系统
20厕所主体 21调节池 22缺氧反应区
23好氧反应区 24清水池 25调节池抽吸泵
26反应池抽吸泵 27曝气泵 28清水池抽吸泵
29膜组件 30回用水管 31曝气管
32冲洗水管 33浮球液位计 34总冲洗水收集管阀门
35冲洗水管阀门 36回用水管阀门。
具体实施方式
实施例1.一种粪尿冲洗水三项源分离便器，如图1所示，包括安装在厕所主体20上的蹲便器1，蹲便器1的中部有凸起，该凸起上方设置有挡板2，蹲便器1位于挡板2前方的部分设置小便及冲洗水收集管5，蹲便器1位于挡板2后方的部分设置大便及冲洗水收集管10。
蹲便器1的前端侧壁设置有小便区冲洗水喷口3，蹲便器1的后端侧壁设置有大便区冲洗水喷口4，所述小便区冲洗水喷口3和与大便区冲洗水喷口4均与便器智能控制系统19相连接。
小便及冲洗水收集管5下端连接有小便区电动截止阀7，该小便区电动截止阀7上方，即小便及冲洗水收集管3底端侧面连接小便区冲洗水收集管6，小便区电动截止阀7下方连接尿液收集管8，该尿液收集管8下端连接尿液收集池9。
大便及冲洗水收集管10下端连接粪便收集管挡板12，该粪便收集管挡板12与固定于挡板槽内的电动伸缩杆13相连，并受到电动伸缩杆13的控制，实现开启或关闭，粪便收集管挡板12上方，即大便及冲洗水收集管10底端侧面连接有大便区冲洗水收集管11，粪便收集管挡板12下方连接粪便收集管14，该粪便收集管14下端连接粪便收集池15。
在另一实施例中，尿液收集池9与粪便收集池15可分别替换为尿液与粪便处理设备。
小便区电动截止阀7与电动伸缩杆13均与便器智能控制系统19相连接。
小便区冲洗水收集管6末端与大便区冲洗水收集管11末端合并为总冲洗水收集管16，该总冲洗水收集管16与市政排水管道相连接或与污水处理设备相连接。
蹲便器1一侧墙面或隔板设置两个红外感应装置，其中一个为小便区红外感应装置17设置在小便区前端对应的墙面或隔板的位置，其中另一个大便区红外感应装置18设置在大便区中部对应的墙面或隔板的位置。小便区红外感应装置17和大便区红外感应装置18均与便器智能控制系统19相连接。
所述大便及冲洗水收集管和所述小便及冲洗水收集管均包括竖直部分和倾斜部分，倾斜部分的大便区冲洗水收集管11和小便区冲洗水收集管6连通后汇总连接至总冲洗水收集管16。
所述小便区冲洗水收集管6的倾斜部分轴线与安装平面之间的夹角为5°－10°，以便于小便冲洗水顺利汇入总冲洗水收集管，通过该倾斜角度的科学设计，尽量避免冲洗水流在倾斜部分的管道内运动时出现湍流，避免湍流中垂直于管道轴线方向的分速度产生，该分速度会引起管道振动、增加噪声，降低管道寿命，增加噪声污染，不利于节能降耗，本发明所述倾斜部分角度的设计能有效避免上述弊端，对于装置应用、维护有较大的积极效果。
优选的，在多个实施例中，小便区冲洗水收集管6倾斜部分的轴线与安装平面之间的夹角分别为5°、6°、7°、8°、9°10°
在仅有一侧管道的倾斜部分使用时，上述夹角的设计使的管道中的冲洗水维持在层流状态，有利于提高管壁的冲洗洁净度。
所述大便区冲洗水收集管11倾斜部分轴线与安装平面之间的夹角为3°－5°。
在多个实施例中，大便区冲洗水收集管11倾斜部分的轴线与安装平面之间的夹角分别为3°、4°、5°
优选地，所述倾斜的大便区冲洗水收集管11与小便区冲洗水收集管6与安装平面之间的夹角相差2°－5°；基于该角度差，当两个倾斜部分中均有冲洗水发生时，利用两部分水流从不同倾斜角度的管道内相向流出产生的对冲运动，降低水流对下游总冲洗水收集管16的冲力，减少气流、水流对大便区冲洗水收集管11、小便区冲洗水收集管6及其下游总冲洗水收集管16的振动和扰动。
同时，倾斜的大便区冲洗水收集管11与小便区冲洗水收集管6的夹角设计，能够改善所述总冲洗水收集管顶端的漩流状态，降低旋流负压对管道内壁可能产生的类气蚀现象的破坏力。
大便及冲洗水收集管13竖直部分与大便区冲洗水收集管11倾斜部分交叉处的底部设置有粪便收集管挡板12，该粪便收集管挡板12与固定在挡板槽中的电动伸缩杆13相连，电动伸缩杆13与便器智能控制系统相连接；所述粪便收集管挡板12下方通过粪便收集管14连接粪便收集池15。
小便及冲洗水收集管5竖直部分与小便区冲洗水收集管6倾斜部分交叉处的底部设置小便区电动截止阀(7)，该小便区电动截止阀7下方连接尿液收集管8及尿液收集池9。
小便及冲洗水收集管5的竖直部分轴线与尿液收集管8同轴，或呈45°－60°的夹角。该夹角避免液体进入尿液收集池9时飞溅，方便收集。
在多个实施例中，小便及冲洗水收集管5的竖直部分轴线与尿液收集管8之间的夹角为45°、50°、55°、60°。
大便及冲洗水收集管10的竖直部分轴线与粪便收集管14同轴，或呈10°－20°的夹角。该夹角可避免固形物进入粪便收集池15后长期保持表面呈抛物线状分布的特性，该夹角可达到利用固形物自身布朗运动，使固形物分布均匀的目的，从而延长粪便收集池15的循环利用周期，降低清洁次数，极大地降低后续维护的人工成本、装置成本、时间成本。
在多个实施例中，大便及冲洗水收集管10的竖直部分轴线与粪便收集管14之间的夹角为10°、15°、20°。
实施例2.一种粪尿冲洗水源分离的方法，其包括：
当小便区红外感应装置17和大便区红外感应装置18均未感应到有人使用时，冲洗装置不启动，小便区电动截止阀7与大便区收集管处的粪便收集管挡板12均关闭；
仅小便区红外感应装置17感应到有人使用时，将信号传递至便器智能控制系统19，该便器智能控制系统19控制小便区收集管的电动截止阀7打开，尿液通过尿液收集管8流入尿液收集池9；大便区电动伸缩杆13不启动，粪便收集管挡板12仍处于关闭状态。
当小便区红外感应装置17不再感应到有人使用且持续时间大于5秒时，便器智能控制系统19根据无输入信号的状态，控制小便区收集管的电动截止阀7关闭，小便区冲洗水喷口3启动，冲水1～2秒后关闭，冲洗水通过总冲洗水收集管16流入市政排水管道或污水处理设备。
当大便区红外感应装置18感应到有人使用时，便器智能控制系统19接收到感应信号，进而控制小便区收集管的电动截止阀7打开，大便区电动伸缩杆13收缩，带动粪便收集管挡板12回收至挡板槽内，尿液通过尿液收集管8流入尿液收集池9，粪便通过粪便收集管14进入粪便收集池15。
当大便区红外感应装置18不再感应到有人使用且持续时间大于10秒时，便器智能控制系统19跟进信号类型，控制小便区收集管的电动截止阀7关闭、大便区电动伸缩杆13延展，将粪便收集管挡板12推出至粪便收集管14，并控制小便区冲洗水喷口3启动，冲水1～2秒后关闭，大便区冲洗水喷口4启动，冲水4～5秒后关闭，冲洗水分别通过小便及冲洗水收集管6、大便及冲洗水收集管11和总冲洗水收集管16流入污水处理设备。
实施例3.一种污水处理回用设备，如图2所示，总冲洗水收集管16由便器延伸连接至调节池21，总冲洗水收集管16上安装有总冲洗水收集管阀门34，调节池21内安装有浮球液位计33，该浮球液位计33与调节池21上方的调节池抽吸泵25相连，并通过调节池抽吸泵25经由污水管与缺氧反应池22相连。
缺氧反应器22与好氧反应器23相连，所述好氧反应器23内安装有膜组件29，该膜组件29通过回用水管30与生化池抽吸泵26相连接，回用水管30上位于生化池抽吸泵26上游的部分安装有回用水管阀门36。好氧反应池23上方安装有曝气泵27，所述曝气泵27与生化反应池23的内曝气管31相连接。
生化池抽吸泵26下游连接于清水池24，该清水池24上方安装有清水池抽吸泵28，清水池抽吸泵28通过冲洗水管线32与小便区冲洗水喷口3和大便区冲洗水喷口4相连接，冲洗水管线32安装有冲洗水管线阀门35，该冲洗水管线阀门35与便器智能控制系统19连接，并受其控制。
实施例4.一种污水处理回用的方法，其包括：
便器的冲洗水经由总冲洗水收集管16流入调节池21。当调节池21内冲洗水量达到50L时，池内浮球液位计33控制调节池抽吸泵25启动并将冲洗水冲洗输送至生化处理仓的缺氧反应池22内。
当冲洗水进入缺氧反应池22后，在池内反硝化微生物的作用下进行脱氮，停留时间3小时。反应后冲洗水流入好氧反应池23，在池内好氧微生物的作用下进行有机污染物的去除，停留时间8小时。曝气泵27通过曝气管31向好氧反应池内送入空气，保障水中的溶解氧含量。好氧反应池23中的出水通过生化池抽吸泵26的抽吸作用，经由膜组件29完成固液分离，好氧反应池出水即回用水通过回用水管30流入清水池24。
当便器智能控制系统19判定便器需要冲洗时，控制冲洗水管阀门35打开，清水池抽吸泵28启动将清水池24中的回用水经由冲洗水管线32抽至冲洗水喷口，用于冲厕使用。

Claims (10)

1.一种粪尿冲洗水三项源分离便器，包括便器主体结构，其特征在于，便器中部的凸起及挡板(2)将便器分隔成小便区和大便区，所述小便区底部设置有小便及冲洗水收集管(5)，所述小便区前端安装有小便区冲洗水喷口(3)，所述大便区底部设置有大便及冲洗水收集管(6)，所述大便区后端安装有大便区冲洗水喷口(4)。
2.如权利要求1所述的粪尿冲洗水三项源分离便器，其特征在于，所述小便区冲洗水喷口(3)和大便区冲洗水喷口(4)与便器智能控制系统(19)相连接；所述小便区下方连接尿液收集管(8)，所述尿液收集管(8)与尿液收集池(9)相连。
3.如权利要求1或2所述的粪尿冲洗水三项源分离便器，其特征在于，所述大便及冲洗水收集管(10)和小便及冲洗水收集管(5)均包括竖直部分、和倾斜部分，所述倾斜部分即大便区冲洗水收集管(11)和小便区冲洗水收集管(6)，该大便区冲洗水收集管(11)和小便区冲洗水收集管(6)连通后汇总连接至总冲洗水收集管(16)。
4.如权利要求1或2所述的粪尿冲洗水三项源分离便器，其特征在于，所述倾斜的小便区冲洗水收集管(6)的轴线与安装平面之间的夹角为5°－10°；所述倾斜的大便区冲洗水收集管(11)的轴线与安装平面之间的夹角为3°－5°。
5.如权利要求4所述的粪尿冲洗水三项源分离便器，其特征在于，所述大便及冲洗水收集管竖直部分(10)与大便区冲洗水收集管倾斜部分(11)交叉处的底部设置有粪便收集管挡板(12)，该粪便收集管挡板(12)与固定在挡板槽中的电动伸缩杆(13)相连，电动伸缩杆(13)与便器智能控制系统相连接；所述粪便收集管挡板(12)下方连接粪便收集池(15)。
6.如权利要求1所述的粪尿冲洗水三项源分离便器，其特征在于，小便及冲洗水收集管的竖直部分(5)与小便区冲洗水收集管倾斜部分(6)交叉处的底部设置小便区电动截止阀(7)，该小便区电动截止阀(7)下方连接尿液收集管(8)及其末端装置。
7.如权利要求1所述的粪尿冲洗水三项源分离便器，其特征在于，所述便器一侧墙面或隔板设置两个红外感应装置；所述两个红外感应装置与便器智能控制系统(19)相连接。
8.如权利要求6所述的粪尿冲洗水三项源分离便器，其特征在于，所述污水处理设备包括连接于所述总冲洗水收集管(16)的调节池，所述调节池内安装有浮球液位计并与调节池抽吸泵相连接，该调节池抽吸泵通过污水管线与缺氧反应池相连接，所述缺氧反应池与好氧反应池相连接，所述好氧反应池内安装有过滤组件，该过滤组件通过回用水管与生化池抽吸泵相连接，所述好氧反应池设置有曝气管线，与曝气泵相连接，所述生化池抽吸泵与清水池相连，所述清水池通过冲洗水管线与冲洗水喷口相连。
9.应用于权利要求1-8中任一项所述的粪尿冲洗水三项源分离便器的冲洗水源分离的方法，其特征在于，包括：
步骤S1.当感应装置未感应到有人使用时，冲洗装置不启动，小便区收集管的电动截止阀与大便区收集管的挡板均关闭；
步骤S2.当小便区红外感应装置感应到有人使用且大便区红外感应装置未感应到有人使用时，小便区收集管的电动截止阀打开，尿液通过尿液收集管流入尿液收集池；大便区电动伸缩杆不启动，挡板仍关闭；
步骤S3.当小便区红外感应装置不再感应到有人使用且持续时间大于5秒时，小便区收集管的电动截止阀关闭，小便区冲洗装置启动，冲水1～2秒后关闭，冲洗水通过冲洗水收集管流入市政排水管道或污水处理设备；
步骤S4.当大便区红外感应装置感应到有人使用时，小便区收集管的电动截止阀打开，大便区电动伸缩杆收缩，带动挡板回收至挡板槽内，尿液通过尿液收集管流入尿液收集池，粪便通过粪便收集管进入粪便收集池；
步骤S5.当大便区红外感应装置不再感应到有人使用且持续时间大于10秒时，小便区收集管的电动截止阀关闭，大便区电动伸缩杆延展，将挡板推出至粪便收集管，小便区冲洗装置启动，冲水1～2秒后关闭，大便区冲洗装置启动，冲水4～5秒后关闭，冲洗水通过冲洗水收集管流入污水处理设备。
10.应用于权利要求1-8中任一项所述的粪尿冲洗水三项源分离便器的污水处理回用的方法，其特征在于，包括：
步骤P1.冲洗水经冲洗水收集管进入调节池；
步骤P2.当调节池内水量达到预定容量时，启动抽吸装置，将调节池内的冲洗水抽入生化处理仓内进行处理；
步骤P3.当冲洗水在生化处理仓内流经缺氧区与好氧区时，曝气泵向好氧区输送空气，好氧区部分混合液通过抽吸泵回流至缺氧区，出水通过过滤组件实现固液分离，抽吸出的处理水进入清水池；
步骤P4.当便器冲洗装置启动时，清水池中的处理水由抽吸泵回流至前端供便器冲洗。
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