CN203238723U - 基于温度控制的活性尿液回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于温度控制的活性尿液回收系统，包括尿液收集装置以及尿液冷却与储存装置，两者通过管道装置连接；尿液收集装置包括公共卫生间内的若干个小便池，尿液冷却与储存装置安装于地下。本实用新型解决了传统源分离方法中的卫生问题，针对现有设备进行改造成本低廉，方法简便，可实现公共卫生间中尿液与清洁用水的分开收集与尿液的冷却。将减轻城市尿液对于城市污水处理造成的巨大压力，有利于实现尿液资源化再利用，有利于节约能源、减少污染物排放。

Description

基于温度控制的活性尿液回收系统

技术领域

本实用新型涉及一种活性尿液回收系统，具体涉及一种基于温度控制的活性尿液回收系统。

背景技术

根据瑞士环境科学和技术联邦委员会（The Swiss Federal Insitute for EnvironmentalScience and Technology，EAWAG）的统计，人类尿液中氮和磷分别占城市污水中氮、磷负荷的80%和50%左右，且人类尿液中的氮、磷浓度远高于一般城市污水，因此，在尿液排入下水道之前首先进行分离收集然后处理回用的技术，一方面可以有效提高目前污水处理厂的出水水质，并节省能耗和投资；另一方面还可以实现营养物质的循环利用。

据了解，中国是心脑血管病高发的国家，发病死亡人数远远超过所有癌症死亡人数的总和。当患者突发脑卒中时，溶栓是最重要也是最有效的治疗方法，注射用尿激酶正是一种救命的溶栓药，我国乃至全球临床都在使用。而尿激酶是由人肾脏组织细胞产生的，存在于尿中，通过提纯生产药品。

卫生条件的改善，公厕设施的完善，致使尿液无法收集。而尿液收集企业仍旧采取传统简易办法收集尿液。这不仅气味太重影响环境，还不能长时间的保持生物活性。致使尿液收集在量与质上都陷于尴尬境地。

学校中学生身体健康状况较佳，卫生间集中，便于大规模收集尿液为尿激酶等药品的制取提供原料，对此，中国科学院长春应用化学所曾于2013年3月15日建议国家设立重大研究专项解决学校卫生间的尿液收集问题。

源分离概念是指从源头——便器入手，将粪便、尿液单独收集、输送、处置、利用，不再将其与其他污水混合。这样，不仅粪便、尿液中的营养物质甚至是生物质能都可以就近循环利用，而且剩余灰水因被污染程度低而容易通过自然处理方式得到就近循环利用。可见，通过源分离几乎可以实现生活污水的“零”排放，并能建立水、营养物与能量的闭合循环。

源分离可以从根本上消除污水末端处理靠自来水稀释、输送、处理污染物，浪费大量水资源并使所含营养物难以回归土地的不可持续性弊端。

德国GTZ总部重修后采用了尿液、棕水（粪便）分离生态卫生系统，主要是将生态卫生概念在城市办公楼内得以实施，旨在降低水冲厕所的用水量，将所收集的尿液直接农用或回收氮等营养物质；分离后的棕水经过MBR处理后农灌或回用冲厕。

奥地利某公司在新建城区(SolarCity)居民楼和学校内兴建了尿液源分离便器和灰水处理综合系统ⅢJ，去除尿液中的微污染物后直接用作农肥；棕水和家庭灰水进入过滤装置进行预处理，堆肥后上清液经半地下式垂直流人工湿地处理后排入水体，沉淀物稳定后返田。

北京小汤山生态卫生示范工程：昌平区小汤山附近兴建了一处生态循环示范基地旧川。该示范基地包括尿液源分离、粪便沼气发酵、雨水收集利用、灰水与人工湖水湿地净化和太阳能利用等。

北京奥林匹克森林公园源分离生态系统;公园中的33个公共厕所和1个办公楼内均设置了尿液源分离蹲便或坐便器，另有5个公共厕所采用了免冲便器，男厕所采用了免冲小便器。所产生的棕水经MBR处理，出水流入垂直流湿地或园内人工湖；尿液通过地表滴灌的方式进行绿地施肥。园区绿化每年可以节省约13万元的等价值化肥。

鄂尔多斯生态卫生居民小区：通过安装尿液分离厕所将粪、尿和灰水分别收集，尿液经储存稳定后直接用作农肥，粪便与小区内有机固体垃圾一起经高温堆肥处理，灰水经活性污泥法就地处理，不排入市政污水管网以减轻污水处理厂负荷。小区每天节水113.12m³，水资源循环再利用可节水30％～40％；同时，可实现小区固体垃圾和灰水零排放，减轻城市污水处理的压力，降低市政污水管网的投资。

上述尿液收集系统目的相同，手段相似。即经过改装的尿液收集装置（小便池或冲水马桶），借助复杂的化学手法提取其中的氮、磷等营养物质并加工合成化肥，其剩余液体进行无害化处理使其循环使用。但其中的经济性有待讨论：

（1）上述源分离装置采用了全新的尿液收集装置，如需全面推广源技术势必得大规模的更换小便池和冲水马桶，经济上不可行。而我们所研究的源分离尿液分离系统是在现有的卫生浴具的基础之上设计规划的，适合大规模推广。

（2）分离手段复杂，提取物质单一。上述源分离装置以氮、磷回收利用，制造化肥为目的，投入大，产出少，仅适合作为先进环保理念展示。而我们所研究的尿液收集装置在解决城市污水处理系统中尿液问题同时以制备尿激酶等黄金药物为目的。并且，投入远大于产出。

专利CN102400490A公开了一种小便池尿液自动分离收集设备，在对便池进行人工清洁（例如清洁工对便池使用清洁剂进行清洗）时，尿液收集通道处于打开状态，会将清洁剂等有害物质引入到收集到的尿液中，对尿液中尿激酶等药物有降低活性的不利影响。

专利CN102531268A公开了一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法，但是与专利CN102400490A相似，仅对尿液进行了收集工作。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于温度控制的活性尿液回收系统。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

基于温度控制的活性尿液回收系统，包括尿液收集装置以及尿液冷却与储存装置，两者通过管道装置连接；所述尿液收集装置包括公共卫生间内的若干个小便池，所述尿液冷却与储存装置安装于地下。

所述小便池为一次冲水型，其下部出口处设置温控开关的测温探头，该小便池仅在人离开后进行一次10s冲水以保证小便池清洁。

所述小便池的下部出口设有三通，三通的竖直口与下水管道连通，斜向下口与尿液冷却与储存装置连通；所述竖直口处设有活塞，所述活塞由电磁铁控制打开或堵塞竖直口，所述电磁铁的导线通过温控开关与电源连接。

所述电磁铁置于竖直口下侧的下水管道内，为12V直流自动复位推拉式电磁铁，所述电源为12V直流电源。

所述尿液冷却与储存装置包括储尿箱，所述储尿箱采用不锈钢，顶部开有尿液流入口和过量尿液溢流口；所述储尿箱的外侧设有将其包围的若干个吹胀式蒸发器，所述吹胀式蒸发器的管道与循环自来水管连通；所述吹胀式蒸发器设置于铝合金内箱内，所述铝合金内箱内盛装有防冻液；所述铝合金内箱设置于密闭的铝合金外箱内部，两者之间填充塑料泡沫。

所述管道装置包括尿液管道和自来水管道，所述尿液管道的一端连接至小便池的下部出口，另一端与尿液储存与冷却装置或者下水管道连通，所述自来水管道与尿液储存与冷却装置或者供水管道连通。

本实用新型的工作原理：

本实用新型的温控开关采用12V直流电源供电，温度控制值、回差值、工作模式式等均可调节，在气温为16℃～22℃时，将温度控制值设置为30℃，回差值设置为0，采用制冷模式（即温度高于30℃时动作）。测温探头位于小便池下部出口处。

气温小于30℃时，温控开关断开，活塞处于状态I，此时竖直口和斜向下口均处于打开状态，一旦有液体（如清洗剂）流入，将通过竖直口进入下水管道。

人体尿液温度为39℃，流至小便池末端时温度降为34℃，测温探头在感应到温度升高至30℃之后温控开关状态改变，由于温控开关测温探头灵敏程度较高，电磁铁迅速发生动作，此时活塞处于状态II，即竖直口关闭，尿液流至斜向下口。

尿液流下后，红外感应冲水器开始放水冲洗，水温远低于30℃，测温探头在感应到温度迅速降至30℃以下时，温控开关状态立即改变，电磁铁在弹簧弹力和自身重力的作用下立即回复到原位置，此时活塞处于状态I，即竖直通路打开，冲洗用水沿竖直口流至下水管道。

并且，通过阀门控制实现：

当尿液储存与冷却系统处于收集状态时，尿液流向尿液储存与冷却系统，自来水由尿液储存与冷却系统流至尿液储存与冷却系统。

当尿液储存与冷却系统被取出时，尿液流向下水管道，自来水流向供水管道。

本实用新型的有益效果：

本实用新型解决了传统源分离方法中的卫生问题，针对现有设备进行改造成本低廉，方法简便，可实现公共卫生间中尿液与清洁用水的分开收集与尿液的冷却。将减轻城市尿液对于城市污水处理造成的巨大压力，有利于实现尿液资源化再利用，有利于节约能源、减少污染物排放。

本实用新型包含一套智能温度控制装置，能自动感应液体温度，当有具有一定温度的尿液流过时，尿液收集系统自动启动，将尿液搜集起来，当感应到低于尿液温度的冲厕水流过时，该系统自动关闭，从而实现尿液与清洁用水的分开收集。

通过该系统将产生严重污染的尿液进行资源化收集，作为制取尿激酶等特效药的原料供给制药厂，不仅减轻了城市污水处理压力，还为制取尿激酶等紧缺药品提供了充足的原料。该系统结构简单，技术成熟，推广潜力十分巨大。

获得了基于温度差异智能区分尿液和冲厕水的自动控制尿液搜集系统。

采用源分离方式对尿液进行分离，可以实现生活污水的“零”排放，并能建立水、营养物与能量的闭合循环。

连接城市自来水管使自来水流经储尿箱外部的吹胀式蒸发器，起到冷却尿液保证尿激酶活性的作用，同时在冬天兼具加热自来水效果。

本系统主要用于学校以及其他公共场所的男性尿液的大规模收集和自来水余热。

本实用新型能够在全国有条件的学校中大规模推广，将能够收集到大量的活性尿液，解决尿激酶和其他以男性尿液为原料的药品的短缺和高价问题，为多种疾病的治疗带来新方案。同时收集到的大量尿液还可用于作物施肥，减轻城市污水的处理压力。而为了延长尿液中酶类物质失活所用时间，需要对其进行降温，本系统中有一套降温装置，可以实现降温功能。本实用新型能够将尿液进行分离后供给药品生产厂家，因此更加关注如何保持尿液的活性。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

其中1.尿液收集装置，2.尿液冷却与储存装置，3.管道装置，4.小便池，5.储尿箱，6.尿液流入口，7.过量尿液溢流口，8.吹胀式蒸发器，9.铝合金内箱，10.铝合金外箱，11.下水管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本实用新型，并不对其内容进行限定。

如图1所示，本实用新型包括尿液收集装置1以及尿液冷却与储存装置2，两者通过管道装置3连接；尿液收集装置1包括公共卫生间内的若干个小便池4，尿液冷却与储存装置2安装于地下。

小便池4为一次冲水型，其下部出口处设置温控开关的测温探头，该小便池4仅在人离开后进行一次10s冲水以保证小便池4清洁。

小便池4的下部出口设有三通，三通的竖直口与下水管道11连通，斜向下口与尿液冷却与储存装置2连通；竖直口处设有活塞，活塞由电磁铁控制打开或堵塞竖直口，电磁铁的导线通过温控开关与电源连接。电磁铁置于竖直口下侧的下水管道11内，为12V直流自动复位推拉式电磁铁，电源为12V直流电源。

尿液冷却与储存装置2包括储尿箱5，储尿箱5采用不锈钢，顶部开有尿液流入口6和过量尿液溢流口7；储尿箱5的外侧设有将其包围的若干个吹胀式蒸发器8，吹胀式蒸发器8的管道与循环自来水管连通；吹胀式蒸发器8设置于铝合金内箱9内，铝合金内箱9内盛装有防冻液；铝合金内箱9设置于密闭的铝合金外箱10内部，两者之间填充塑料泡沫。

管道装置3包括尿液管道和自来水管道，尿液管道的一端连接至小便池的下部出口，另一端与尿液储存与冷却装置2或者下水管道11连通，自来水管道与尿液储存与冷却装置或者供水管道连通。

以下对本系统的使用成本进行核算：

成年人一天的尿量在1500-3000mL左右，每次350至500mL，每天排尿次数约5-6次。

以山东大学兴隆山校区为例，兴隆山校区有宿舍楼21座，女生宿舍楼7座，男生宿舍楼14座，以每个宿舍楼有五层，每层30个宿舍，每宿舍4人记，则每个宿舍楼有5*30*4=600人，兴隆山校区符合收集条件的男生共600*14=8400人。

正常人一天的尿量为1500～3000mL，按每人可收集的尿液量为2250mL每天记，按照收集时会损失20%计算，则一天可收集尿液15120L（15.12m³)。

正常人尿液密度为1.003～1.030kg/L，按密度为1.017kg/L计，收集到的尿液质量为15377.04kg（15.37704t）。在正常人的1t尿液中，可提取尿激酶粗体120g，则可提取的尿激酶粗体质量为1845.2448g，每克尿激酶粗体价格按最低6.5元计，则使用这些尿液收集到的尿激酶粗体的销售每天可带来利润11994.09元。

人体中尿液中氮的质量分数为0.93%，这些氮元素大多数存在尿素中，因此尿素质量分数为0.93%/(14*2/60)=1.99%，在每天收集到的尿液中，尿素含量为15477.05kg*1.99%=306kg。按2012年3月24日山东尿素市场批发价2230元/t计，尿素销售利润为0.306*2230=682.38元。

成本核算：

一次冲水型红外感应冲水器：158元

小便池：55元

电磁铁：55元

活塞：0.5元

排水管道：10元

尿液收集系统总计278.5元/套

尿液收集中所消耗的能量：

一次冲水型红外感应冲水器使用4节5号电池，每天使用300次，两年内无需更换电池。

12伏电磁铁功率为72W，一天使用三百次，每次动作18秒，则一天消耗电能0.108kw·h，十天消耗1kW·h的电能

温控开关功率为0.6W，一天消耗电能0.0144kW·h，64.5天消耗1kW·h的电能。

由此可见系统在投入运行后，耗能极少，但是收集到的尿液量极大，节能减排效果显著。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (6)

1.基于温度控制的活性尿液回收系统，其特征在于，包括尿液收集装置以及尿液冷却与储存装置，两者通过管道装置连接；所述尿液收集装置包括公共卫生间内的若干个小便池，所述尿液冷却与储存装置安装于地下。

2.根据权利要求1所述的活性尿液回收系统，其特征在于，所述小便池为一次冲水型，其下部出口处设置温控开关的测温探头。

3.根据权利要求1所述的活性尿液回收系统，其特征在于，所述小便池的下部出口设有三通，三通的竖直口与下水管道连通，斜向下口与尿液冷却与储存装置连通；所述竖直口处设有活塞，所述活塞由电磁铁控制打开或堵塞竖直口，所述电磁铁的导线通过温控开关与电源连接。

4.根据权利要求1所述的活性尿液回收系统，其特征在于，所述电磁铁置于竖直口下侧的下水管道内，为12V直流自动复位推拉式电磁铁，所述电源为12V直流电源。

5.根据权利要求1所述的活性尿液回收系统，其特征在于，所述尿液冷却与储存装置包括储尿箱，所述储尿箱采用不锈钢，顶部开有尿液流入口和过量尿液溢流口；所述储尿箱的外侧设有将其包围的若干个吹胀式蒸发器，所述吹胀式蒸发器的管道与循环自来水管连通；所述吹胀式蒸发器设置于铝合金内箱内，所述铝合金内箱内盛装有防冻液；所述铝合金内箱设置于密闭的铝合金外箱内部，两者之间填充塑料泡沫。

6.根据权利要求1所述的活性尿液回收系统，其特征在于，所述管道装置包括尿液管道和自来水管道，所述尿液管道的一端连接至小便池的下部出口，另一端与尿液储存与冷却装置或者下水管道连通，所述自来水管道与尿液储存与冷却装置或者供水管道连通。

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