CN115231748A - 一种基于光电降解法的零排液厕所装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光电降解法的零排液厕所装置，包括有马桶、固液分离机构、干法生物降解机构、光电降解机构和尾气处理机构，马桶的下水管道与固液分离机构的进口连接，固液分离机构的固体出口与干法生物降解机构的进料口连接，固液分离机构的液体出口与光电降解机构的进液口连接，干法生物降解机构的排气口、光电降解机构的排气口分别与对应的尾气处理机构连接，光电降解机构的排液口与马桶的冲厕水箱连接。本发明对厕所马桶的排污物进行固液分离后，固液分别进行降解处理，处理后的液体进行回收利用，实现零排液。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体是一种基于光电降解法的零排液厕所装置。
背景技术
零排液的生活污水处理系统或者厕所系统是厕所革命的一个发展方向，其好处是可以保障生态环境不被污染，尤其是地下水源，同时又可以弹性布局，在比较关键的场合和地点给群众提供非常及时的便民服务。在振兴农村和美丽农村建设方面，急需这种新型厕所系统来取代传统的旱厕和化粪池，在改善村民生活条件的同时，也更好的保护了大自然环境。
厕所污水的现有技术处理手段，由于考虑到处理量、厕所污水的输送和厕所污水处理设备的体积等技术问题，不得不选用液基的形态进行处理，而所采用的核心处理技术手段按照分类有：物理沉淀、厌氧生物降解、富氧生物降解、兼氧生物降解、膜物理分离、消毒和污泥回流；无论是活性污泥法、生物膜法还是生物转轮、氧化沟、、AO、A2O、MBR或者是化粪池，都在上述的核心处理技术手段所概况的范畴内。上述的技术方案有以下的几种共同的特征：
(1)、设备体积很大(体积小了处理量无法满足要求，体积小了微生物生态的抗冲击能力降低)；
(2)、微生物生态系统需要有特殊、差异化且稳定的外围条件来维持微生物的高效和可持续性的工作性能；这些外围条件包括对：温度，酸碱度，溶氧量，盐浓度，生物毒性，碳源，氮源和磷源的差异化控制(不同的微生物菌类适用不同的外围条件)和稳定性控制(外围条件的突变或冲击，比如溶氧量突然下降或暴涨，会导致微生物“感冒生病”，进而带来系统的崩溃；
(3)、微生物生态系统的启动，无论是初次启动还是系统崩溃经“治疗”后的启动，都需要花以天为计算单位的时间；
(4)、要求有稳定的污水源(微生物的粮食)供应(如果污水源是间歇式的，比方说经常有连续几天或者几个月的断供，微生物生态系统就会崩溃而需要进行漫长的系统重启；
(5)、为了最大程度的降低环境因素对微生物生态系统的冲击，设计者一般会按照现有技术的设计规范对污水源进行了缓存和稀释调节处理，一般上，进入微生物系统的污水浓度(比如COD和氨氮)都比污水源低。这种做法意味着整套生化处理系统将会有许多不同的，体积庞大的模块组成。哪怕是最简单的地埋化粪池，都需要根据污水量进行体积的放大。
(6)、污水处理量的单位能耗一般比非生物法的系统低；
(7)、污水的排放指标(尤其是氨氮)一般较难做到很低，最好情况只能达到一级排放标准，而达不到生活用水标准。
总结以上，生物降解法厕所污水处理设备的缺点是：设备体积庞大，抗冲击能力差，有较高的外围环境控制要求，且处理效果只能达到一般的水平。
厕所污水大部分是水(冲厕水+尿液)，其中，正常的尿液里有约：水95％，尿素1％和微量的氨、尿酸、肌酸酐、钠盐、钾盐、碳酸盐和生物酶等。由于抗生素的广泛适用(甚至滥用)，尿液里还会出现一些抗生素。在这些物质当中的尿素、氨、有机酸、生物酶和抗生素是需要处理的；在需要处理的物质当中，属尿素、氨和抗生素较难处理。传统的生物降解法需要分段的对尿素和氨进行处理，而对抗生素则无法处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于光电降解法的零排液厕所装置，对厕所马桶的排污物进行固液分离后，固液分别进行降解处理，处理后的液体进行回收利用，实现零排液。
本发明的技术方案为：
一种基于光电降解法的零排液厕所装置，包括有马桶、固液分离机构、干法生物降解机构、光电降解机构和尾气处理机构，马桶的下水管道与固液分离机构的进口连接，固液分离机构的固体出口与干法生物降解机构的进料口连接，固液分离机构的液体出口与光电降解机构的进液口连接，干法生物降解机构的排气口、光电降解机构的排气口分别与对应的尾气处理机构连接，光电降解机构的排液口与马桶的冲厕水箱连接。
所述的固液分离机构包括有进料仓、料位检测传感器、螺旋输送管道、滤料网管和固液输送控制器，料位检测传感器设置于进料仓内，进料仓顶端的进料口与马桶的下水管道连接，进料仓底端的出料口与螺旋输送管道一端的进料口连接，螺旋输送管道内设置有滤料网管，螺旋输送管道与滤料网管重叠的部分上设置有液体出口，螺旋输送管道的另一端设置有固体出口，螺旋输送管道的驱动电机、料位检测传感器均与固液输送控制器连接。
所述的干法生物降解机构包括有生物降解箱、生物降解堆料、搅拌机构、加热机构和干法生物降解控制器，生物降解箱的顶端设置有进料口和排气口，生物降解堆料、搅拌机构和加热机构均设置于生物降解箱内，搅拌机构和加热机构均与干法生物降解控制器连接。
所述的生物降解箱的内壁设置有保温层，生物降解箱顶端的进料口处设置有翻转式防臭挡板，翻转式防臭挡板上设置有感应开关，所述的感应开关与干法生物降解控制器连接。
所述的搅拌机构包括有设置于生物降解箱外的搅拌驱动电机、水平设置于生物降解箱内且由搅拌驱动电机驱动的搅拌轴、以及固定于搅拌轴上的螺旋搅拌叶片，搅拌机构的搅拌驱动电机与干法生物降解控制器连接。
所述的加热机构包括有分别与干法生物降解控制器连接的热电偶测温装置和红外线加热器，热电偶测温装置固定于生物降解箱内且其测温端延伸至生物降解堆料中，红外线加热器固定于生物降解箱内且位于生物降解堆料中。
所述的光电降解机构包括有顺次连接的电化学反应器和光催化反应器、以及光电降解控制器，电化学反应器包括有电解箱体和设置于电解箱体内的电解模组，电解箱体内含有电解质液体，光催化反应器包括有储水箱和过流式光学照射器，过流式光学照射器的进水端和出水端均与储水箱连通，电解箱体的出水口和储水箱的进水口之间通过中间输送泵进行连接，电解箱体和储水箱的顶端均设置有排气口，电解箱体和储水箱上均设置有液位检测传感器，电解模组、过流式光学照射器、中间输送泵和液位检测传感器均与光电降解控制器连接。
所述的光电降解机构还包括有反渗透净水机组，储水箱的出水口通过中水输送泵与反渗透净水机组的进水口连接，反渗透净水机组上设置有净水出口和浓水出口，反渗透净水机组的浓水出口与电解箱体的进水口连接，中水输送泵的出水端与反渗透净水机组的进水口之间设置有电动净水阀门，中水输送泵的出水端、反渗透净水机组的净水出口均与马桶的冲厕水箱连接，所述的反渗透净水机组、中水输送泵、电动净水阀门均与光电降解控制器连接。
所述的电解模组包括有直流电源、直流线束、多个阴极板和阳极板，所述的直流电源位于电解箱体外且与光电降解控制器连接，多个阴极板和阳极板置于电解箱体的下部，多个阴极板均匀分布于阳极板的外周，多个阴极板的总表面积不小于阳极板总表面积的200％，多个阴极板和阳极板分别通过直流线束与直流电源连接；其中，阴极板选用石墨、不锈钢、钛、铂或镀铂导电板，阳极板为不溶性钛阳极板，不溶性钛阳极板的表面镀有稀有金属层、稀有金属的氧化物层、以及包括金属Ti、Bi、Sn、Sb或Pb的氧化物层中的至少一层。
所述的过流式光学照射器选用光学波段为紫外线UVC波段的过流式光学照射器。
本发明的优点：
(1)、本发明设置有固液分离机构，可对厕所的排污物进行固液分离，分离的固体采用干法生物降解的方式进行处理，处理后的微量固体废料周期性通过人工或者机械方式取出作为固体肥料使用，分离的液体通过光电降解的方式处理后，处理后的液体回收至马桶的冲厕水箱进行回收利用，实现零排液的目的。
(2)、本发明的光电降解机构可以在各种环境下稳定工作，抗冲击能力比生物降解法好，而且处理质量也比生物手段(液基)好，光电降解机构的电化学反应器和光催化反应器均采用模块化和微型化设计，对比生物降解方式(液基)可以实现更小的体积，便于布设使用，成本更低；
(3)、本发明采用电解和光催化结合的方式，可以实现尿液中抗生素的降解处理。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明马桶和固液分离机构连接的结构示意图。
图3是本发明干法生物降解机构的结构示意图。
图4是本发明光电降解机构的结构示意图。
图5是本发明电解模组的结构示意图。
附图标记：1-马桶，2-固液分离机构，3-干法生物降解机构，4-光电降解机构，5-尾气处理机构，21-进料仓，22-料位检测传感器，23-螺旋输送管道，24-滤料网管，25-液体出口，26-固体出口，31-生物降解箱，32-生物降解堆料，33-保温层，34-进料口，35-排气口，36-翻转式防臭挡板，37-感应开关，38-搅拌驱动电机，39-搅拌轴，310-螺旋搅拌叶片，311-热电偶测温装置，312-红外线加热器，41-电解箱，42-电解模组，43-储水箱，44-过流式光学照射器，45-循环水泵，46-中间输送泵，47-排气口，48-液位检测传感器，49-中水输送泵，410-反渗透净水机组，411-净水出口，412-浓水出口，413-电动净水阀门，421-直流电源，422-直流线束，423-阴极板，424-阳极板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
见图1，一种基于光电降解法的零排液厕所装置，包括有马桶1、固液分离机构2、干法生物降解机构3、光电降解机构4和尾气处理机构5，马桶1的下水管道与固液分离机构2的进口连接，固液分离机构2的固体出口与干法生物降解机构3的进料口连接，固液分离机构2的液体出口与光电降解机构4的进液口连接，干法生物降解机构3的排气口、光电降解机构3的排气口分别与对应的尾气处理机构5连接，光电降解机构4的排液口与马桶1的冲厕水箱连接。
见图2，固液分离机2包括有进料仓21、料位检测传感器22、螺旋输送管道23、滤料网管24和固液输送控制器，料位检测传感器22设置于进料仓21内，进料仓21顶端的进料口与马桶1的下水管道连接，进料仓21底端的出料口与螺旋输送管道23一端的进料口连接，螺旋输送管道23内设置有滤料网管24，螺旋输送管道23与滤料网管24重叠的部分上设置有液体出口25，螺旋输送管道23的另一端设置有固体出口26，螺旋输送管道23的驱动电机、料位检测传感器22均与固液输送控制器连接。
见图3，干法生物降解机3包括有生物降解箱31、生物降解堆料32、搅拌机构、加热机构和干法生物降解控制器，生物降解箱31的内壁设置有保温层33，生物降解箱31的顶端设置有进料口34和排气口35，生物降解箱31顶端的进料口34处设置有翻转式防臭挡板36，翻转式防臭挡板36上设置有感应开关37，生物降解堆料32设置于生物降解箱31内，生物降解料堆32包括木屑、锯末、沸石、干草、椰壳、活性炭、竹木纤维和能降解粪污的降解菌株，搅拌机构包括有设置于生物降解箱31外的搅拌驱动电机38、水平设置于生物降解箱31内且由搅拌驱动电机38驱动的搅拌轴39、以及固定于搅拌轴39上的螺旋搅拌叶片310，加热机构包括有热电偶测温装置311和红外线加热器312，热电偶测温装置311固定于生物降解箱31的顶端且其测温端延伸至生物降解堆料32中，红外线加热器312固定于生物降解箱31的下部且位于生物降解堆料32中，感应开关37、搅拌机构的搅拌驱动电机38、加热机构的热电偶测温装置311和红外线加热器312均与干法生物降解控制器连接。
见图4，光电降解机构包括有顺次连接的电化学反应器和光催化反应器、反渗透净水机组410、以及光电降解控制器；
电化学反应器包括有电解箱41和设置于电解箱体41内的电解模组42，电解箱体41内含有电解质液体，电解质液体的pH酸碱度范围维持在3-8之间，优选4-7.5之间，电解质液体的阴离子包括Br-、Cl-、ClO-、SO4 2-和PO4 3-中的至少一种，电解质液体的阳离子包括K+、Na+、Al3+、Fe2+和Fe3+中的至少一种；
光催化反应器包括有储水箱43和过流式光学照射器44，过流式光学照射器44采用的光学波段为紫外线UVC波段(254nm)，过流式光学照射器44的进水端通过循环水泵45与储水箱43的循环出水口连接，过流式光学照射器44的出水端与储水箱43的循环进水口连接,电解箱体41的出水口和储水箱43的进水口之间通过中间输送泵46进行连接，电解箱体41和储水箱43的顶端均设置有排气口47，电解箱体41和储水箱43上均设置有液位检测传感器48，储水箱43的出水口通过中水输送泵49与反渗透净水机组410的进水口连接，反渗透净水机组410上设置有净水出口411和浓水出口412，反渗透净水机组的浓水出口412与电解箱体41的进水口连接，中水输送泵49的出水端、反渗透净水机组410的净水出口均与马桶1的冲厕水箱连接，中水输送泵49的出水端与反渗透净水机组410的进水口之间设置有电动净水阀门413；
见图5，电解模组42包括有直流电源421、直流线束422、两个阴极板423和阳极板424，直流电源421位于电解箱体421外，两个阴极板423和阳极板424置于电解箱体421的下部，两个阴极板423均匀分布于阳极板424的外周，两个阴极板423的总表面积不小于阳极板424总表面积的200％，两个阴极板423和阳极板424分别通过直流线束422与直流电源421连接；其中，阴极板423选用石墨、不锈钢、钛、铂或镀铂导电板，阳极板424为不溶性钛阳极板，不溶性钛阳极板的表面镀有稀有金属层、稀有金属的氧化物层、以及包括金属Ti、Bi、Sn、Sb或Pb的氧化物层中的至少一层；
电解模组42的直流电源421、过流式光学照射器44、循环水泵45、中间输送泵46、液位检测传感器48、中水输送泵49、反渗透净水机组410和电动净水阀门413均与光电降解控制器连接。
本发明的工作原理：
(1)、马桶1的下水管道排出的排污物首先进入到进料仓21中，当固液输送控制器通过料位检测传感器22检测到进料仓21内的料位已经到达工艺位置时，则启动螺旋输送管道23的驱动电机，此时暂存于进料仓21的排污物进入到螺旋输送管道23进行输送，在输送过程中，排污物逐步被挤压，排污物中的液体部分通过滤料网管24的网眼过滤后由液体出口25排出，剩余的固体粪污被输送至固体出口26排出；
(2)、由螺旋输送管道固体出口26排出的固体粪污通过生物降解箱31的进料口34进入到生物降解箱31中，固体粪污通过进料口34处时，固体粪污的重力作用驱动翻转式防臭挡板36翻转打开进料口34，同时感应开关37被触发，干法生物降解控制器即启动搅拌机构的搅拌驱动电机38、加热机构的热电偶测温装置311和红外线加热器312，搅拌机构对固体粪污和生物降解堆料32进行搅拌，以便均匀化生物降解料堆32的温度分布，促进生化降解，同时也促进水分的挥发，加热机构控制生物降解箱31内的空气温度和物料温度，生物降解堆料32对固体粪污进行生物降解，主要分解成水、二氧化碳和氮气，水因环境温度和搅拌动作而挥发成水汽并通过排气口35排出，其余的气体也经由排气口35排出，生物降解箱31内处理后的微量固体废料周期性通过人工或者机械方式取出作为固体肥料使用；
(4)、由螺旋输送管道液体出口25排出的液体部分首先进入电解箱体41内，当电解箱体41上的液位检测传感器48采集的液位高于电解模组42的所有电极(两个阴极板123和阳极板124)，并同时满足工艺要求的周期处理量时，光电降解控制器开启电解模组42，电解模组42将液体内的有机杂质逐步降解成简单的气体和水，气体上升并由电解箱体41顶端的排气口47排出；电解模组42一直保持通电状态直到预设的工艺时间段结束，然后光电降解控制器启动中间输送泵46，将电化学反应器内的液体输送到光催化反应器的储水箱43中；当储水箱43上的液位检测传感器48采集的液位在工艺要求的范围内，光电降解控制器即根据预设工艺，周期性启动循环水泵45和过流式光学照射器44，将储水箱43内的液体输送到过流式光学照射器44中，进行光学照射催化降解反应，然后液体再回到储水箱43内；上述动作在一个工作周期内不断的循环进行，在光催化反应下所产生的气体上升并由储水箱43顶端的排气口47排出；光电降解控制器根据工艺要求，启动中水输送泵49和电动净水阀门413，将储水箱43内的部分液体输送到马桶1的冲厕水箱，同时另一部分液体通过电动净水阀门413流到反渗透净水机组410；反渗透净水机组410对液体进行净化处理后产生了净水和浓水，净水被输送到马桶1的冲厕水箱，作为稀释介质使用，浓水被输送到电解箱体41内，作为电解质调节剂使用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：包括有马桶、固液分离机构、干法生物降解机构、光电降解机构和尾气处理机构，马桶的下水管道与固液分离机构的进口连接，固液分离机构的固体出口与干法生物降解机构的进料口连接，固液分离机构的液体出口与光电降解机构的进液口连接，干法生物降解机构的排气口、光电降解机构的排气口分别与对应的尾气处理机构连接，光电降解机构的排液口与马桶的冲厕水箱连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的固液分离机构包括有进料仓、料位检测传感器、螺旋输送管道、滤料网管和固液输送控制器，料位检测传感器设置于进料仓内，进料仓顶端的进料口与马桶的下水管道连接，进料仓底端的出料口与螺旋输送管道一端的进料口连接，螺旋输送管道内设置有滤料网管，螺旋输送管道与滤料网管重叠的部分上设置有液体出口，螺旋输送管道的另一端设置有固体出口，螺旋输送管道的驱动电机、料位检测传感器均与固液输送控制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的干法生物降解机构包括有生物降解箱、生物降解堆料、搅拌机构、加热机构和干法生物降解控制器，生物降解箱的顶端设置有进料口和排气口，生物降解堆料、搅拌机构和加热机构均设置于生物降解箱内，搅拌机构和加热机构均与干法生物降解控制器连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的生物降解箱的内壁设置有保温层，生物降解箱顶端的进料口处设置有翻转式防臭挡板，翻转式防臭挡板上设置有感应开关，所述的感应开关与干法生物降解控制器连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的搅拌机构包括有设置于生物降解箱外的搅拌驱动电机、水平设置于生物降解箱内且由搅拌驱动电机驱动的搅拌轴、以及固定于搅拌轴上的螺旋搅拌叶片，搅拌机构的搅拌驱动电机与干法生物降解控制器连接。
6.根据权利要求3所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的加热机构包括有分别与干法生物降解控制器连接的热电偶测温装置和红外线加热器，热电偶测温装置固定于生物降解箱内且其测温端延伸至生物降解堆料中，红外线加热器固定于生物降解箱内且位于生物降解堆料中。
7.根据权利要求1所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的光电降解机构包括有顺次连接的电化学反应器和光催化反应器、以及光电降解控制器，电化学反应器包括有电解箱体和设置于电解箱体内的电解模组，电解箱体内含有电解质液体，光催化反应器包括有储水箱和过流式光学照射器，过流式光学照射器的进水端和出水端均与储水箱连通，电解箱体的出水口和储水箱的进水口之间通过中间输送泵进行连接，电解箱体和储水箱的顶端均设置有排气口，电解箱体和储水箱上均设置有液位检测传感器，电解模组、过流式光学照射器、中间输送泵和液位检测传感器均与光电降解控制器连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的光电降解机构还包括有反渗透净水机组，储水箱的出水口通过中水输送泵与反渗透净水机组的进水口连接，反渗透净水机组上设置有净水出口和浓水出口，反渗透净水机组的浓水出口与电解箱体的进水口连接，中水输送泵的出水端与反渗透净水机组的进水口之间设置有电动净水阀门，中水输送泵的出水端、反渗透净水机组的净水出口均与马桶的冲厕水箱连接，所述的反渗透净水机组、中水输送泵、电动净水阀门均与光电降解控制器连接。
9.根据权利要求7所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的电解模组包括有直流电源、直流线束、多个阴极板和阳极板，所述的直流电源位于电解箱体外且与光电降解控制器连接，多个阴极板和阳极板置于电解箱体的下部，多个阴极板均匀分布于阳极板的外周，多个阴极板的总表面积不小于阳极板总表面积的200％，多个阴极板和阳极板分别通过直流线束与直流电源连接；其中，阴极板选用石墨、不锈钢、钛、铂或镀铂导电板，阳极板为不溶性钛阳极板，不溶性钛阳极板的表面镀有稀有金属层、稀有金属的氧化物层、以及包括金属Ti、Bi、Sn、Sb或Pb的氧化物层中的至少一层。
10.根据权利要求7所述的一种基于光电降解法的零排液厕所装置，其特征在于：所述的过流式光学照射器选用光学波段为紫外线UVC波段的过流式光学照射器。
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