EA011677B1 - Система и способ превращения отходов жизнедеятельности человека в сухой порошок - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системе и способу обработки отходов жизнедеятельности человека и сточных вод. Система для превращения отходов жизнедеятельности человека и других содержащихся в воде загрязняющих веществ в сухой порошок с очисткой сточных вод содержит автономный дегидратационный туалет, устройство дегидратации отходов, дренажный клапан, двигатель, контроллер, паропровод и вытяжной вентилятор. Способ превращения отходов жизнедеятельности человека и других содержащихся в воде загрязняющих веществ в сухой порошок включает в себя следующие операции: а) помещение отходов жизнедеятельности человека в устройство дегидратации; b) подачу озона в устройство дегидратации, чтобы стерилизовать и дезодорировать смесь отходов и сточной воды; с) нагревание отходов в устройстве дегидратации до заданной температуры с осуществлением контроля потребления энергии; d) получение отходов в виде сухого порошка и их удаление из устройства дегидратации. Система и способ могут быть использованы на стационарных или передвижных платформах, которые содержат множество туалетов и источников подлежащих очистке сточных вод.

Description

Предметом настоящего изобретения является передвижной или стационарный модульный автономный дегидратационный туалет, система очистки сточных вод и способ, которые предусматривают использование устройства дегидратации, которое является частью туалета или установлено дистанционно для эффективной обработки отходов жизнедеятельности человека из множества туалетов и используется совместно с передвижной или стационарной платформой для очистки и рециркуляции сточных вод.

Известный уровень техники

Принимая во внимание рост населения во всем мире и серьезные засухи, вызывающие нехватку воды, существует насущная потребность в создании эффективного способа обработки отходов жизнедеятельности человека без использования природных ресурсов, таких как свежая вода и/или электричество, получаемое за счет сжигания нефти или угля. Использование токсичных химикатов не является безопасной альтернативой. Другая потребность в создании эффективного способа обработки отходов жизнедеятельности человека и сточных вод связана с чрезвычайной подвижностью большого числа людей, например, при перемещении воинских подразделений по всему миру, при создании лагерей беженцев или в случае природных катастроф. Имеющие малое потребление энергии дегидратационные туалеты и системы очистки сточных вод, которые являются передвижными или стационарными, желательны для решения проблем переработки отходов жизнедеятельности человека не только в промышленно развитых странах, но и в развивающихся странах.

Уже известно множество типов передвижных туалетов. В некоторых из этих туалетов используют электрокоагуляцию для того, чтобы флокулировать и удалять нефть, взвешенные твердые частицы и тяжелые металлы из бытовых и промышленных сточных вод. В процессе электрокоагуляции используют управляемый электрический ток, который пропускают через поток сточных вод, часто с использованием электролитических пластин, которые в свою очередь заряжают частицы, имеющиеся в сточных водах (в том числе и частицы меньше одного микрона), которые коагулируют. Коагулированные частицы флокулируют и образуют массу, которая всплывает на поверхность или осаждается на дно, в зависимости от природы соединений, которые коагулировали вместе. После того как флокулированные частицы всплыли на поверхность или выпали в осадок на дне, они легко могут быть удалены. Электрокоагуляция представляет собой очень эффективный и рентабельный способ обработки сточных вод, так как он не требует использования химикатов, убивает патогенные и другие микроорганизмы, позволяет удалять большинство загрязняющих веществ из сточных вод при низких эксплуатационных расходах.

В патенте США № 6719894 описан способ электрокоагуляции сточных вод. Сточные воды пропускают под давлением между заряженными электролитическими пластинами, чтобы образовать осадок органических частиц, других твердых частиц и металлических загрязнений. Воду и частицы затем пропускают из реакционного сосуда в флотационную камеру, где растворенные газы заставляют осажденные частицы всплывать на поверхность, откуда они могут быть удалены для получения осветленных сточных вод.

В патенте США № 6746593 описаны имеющая большой объем электролитическая система для обработки воды и соответствующий способ обработки сточных вод. Из сточных вод удаляют твердые частицы, которые затем пропускают в бак, имеющий электроды для электрокоагуляции, которая дестабилизирует такие материалы как жиры, масла, смазки и поверхностно-активные вещества. Электрокоагуляция сточных вод приводит к тому, что загрязняющие вещества флокулируют и всплывают на поверхность. Пену и плавучие илистые отложения удаляют при помощи устройства удаления пены, а осветленную воду пропускают поверх водосливной плотины и далее наружу по трубе чистой воды.

В патенте США № 4209389 описан способ использования бактерий для удаления патогенных микробов и растворенных органических загрязняющих веществ из сточных вод. В первой ступени описанного способа предусмотрено удаление главным образом всех коллоидных материалов за счет электрокоагуляции. После этого в сточные воды добавляют специально выбранные микроорганизмы для удаления оставшихся органических загрязняющих веществ.

В патенте США № 4999930 описано устройство, которое позволяет удалять воду из неочищенных сточных вод. В этом устройстве используют множество нагретых шариков, которые приводят в движение для обеспечения некоторой дегидратации (обезвоживания) неочищенных сточных вод. В этом устройстве используют также неэффективную матрицу химических элементов для дегидратации отходов.

В патенте США № 5152074 описано аналогичное устройство, в котором используют проводящие нагревательные элементы.

В патенте США № 5218724 описан инсинераторный туалет со сменным каталитическим контейнером. Одним из недостатков этого устройства является то, что в нем используют гранулы для устранения запаха, которые приходится часто заменять.

В патенте США № 5276924 описаны способ и устройство для удаления отходов жизнедеятельности человека с использованием индукционного нагрева.

В патенте США № 6101638 описан туалет, в котором используют воздушное давление, измельчение и теплоту для получения сухих порошковых отходов. В патенте США № 6496988 описан компактный рециркуляционный электродегидратационный туалет. Несмотря на то, что в том и другом патентах ут

- 1 011677 верждается. что предложенные полезные способ и система для обработки отходов жизнедеятельности человека являются автономными. можно полагать. что потребление энергии в этих системах является слишком высоким. чем это допустимо для передвижных и автономных систем.

Вода. которая является основным элементом для жизни человека. представляет собой один из наиболее распространенных природных ресурсов. загрязненных отходами жизнедеятельности человека. В промышленно развитых странах при каждом смыве туалета используют от 4 до 7 галлонов воды (1 галлон = 3.78 л). за исключением случаев. когда предписано использовать 1.6 галлона воды для смыва туалета. В среднем. в типичной семье используют свыше 40000 галлонов воды в год для смыва туалета. Озера и океаны содержат большие объемы обработанных и иногда не обработанных отходов жизнедеятельности человека. которые загрязняют множество областей по всему миру. Проблема с передвижными туалетами типично связана с потреблением больших объемов энергии для нагревания воды при небольшой площади поверхности и с неспособностью разлагать животные жиры. обычно присутствующие в фекалиях. причем наличие 30% или больше масел и жиров не позволяет производить сброс в отходы сухого обезвоженного порошка. Количество электрической энергии. потребляемой при одном смыве в некоторых передвижных туалетах. является высоким и в некоторых случаях превышает 3 кВт-ч. В соответствии с настоящим изобретением предлагается техническое решение. которое позволяет решить указанные проблемы за счет создания энергетически эффективного пути обезвоживания и обеззараживания отходов жизнедеятельности человека.

В дополнение к высокому потреблению энергии. традиционные туалеты не обеспечивают эффективное перемещение отходов жизнедеятельности человека и создают загрязнение источников воды. Кроме того. большие объемы сточных вод. которые непригодны для потребления человеком. создаются при различного вида промывках. Такие сточные воды. которые могут содержать моющие средства и другие отходы. получают. например. от моек автомобилей. стиральных машин. душевых кабин и сливов.

Большие количества сточных вод являются критическими для передвижных применений. так как они связаны с высоким потреблением воды и с ее последующей обработкой в таких транспортных средствах. как суда и развлекательные транспортные средства. а также для стационарных применений. таких как применения в жилых домах. в торговых заведениях и на предприятиях. Некоторые области США страдают от засухи и хронической нехватки воды. что требует очень экономного расходования воды. Дефицит воды и отсутствие санитарных канализационных систем приводят к распространению болезней и к повышению смертности.

Настоящее изобретение позволяет решить многие из проблем. присущих известным стационарным или передвижным туалетам. а также решить общие проблемы. связанные с обработкой сточных вод и с их очисткой для повторного использования.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ и система. направленные на создание передвижного автономного устройства дегидратации (обезвоживания). которое может быть использовано в единственном автономном туалете. с множеством туалетов. соединенных с дистанционно установленным устройством дегидратации. и/или с полной системой для обработки сточных вод. которая содержит камеру дегидратации. которая может быть также установлена в туалете. электрокоагуляционную реакционную камеру. камеру разделения/стерилизации. резервуар для накопления воды. сборный танк или смывной бачок. а также один или несколько туалетов. источник питания и схему управления. Камера дегидратации позволяет превращать твердые отходы жизнедеятельности человека в безопасный сухой порошок и обезвоживать коагулянты из системы обработки сточных вод с использованием теплоты и испарения. Сухой порошок всасывают под вакуумом в мешок. который затем может быть выброшен вместе с бытовым мусором.

Предложенные способ и система могут быть использованы в жилых домах. в торговых заведениях или на предприятиях. а также на передвижных платформах. таких как грузовые автомобили. развлекательные транспортные средства. легковые автомобили. суда. лодки. трейлеры. вагоны или самолеты. Предложенные способ и система могут быть использованы для модернизации существующих санитарных систем. в которых используют септические резервуары или сборные танки и накопительные резервуары для обслуживания множества традиционных смывных туалетов и источников сточных вод.

Настоящее изобретение исключает необходимость в перемещении или смыве отходов жизнедеятельности человека с использованием питьевой воды и исключает сброс отходов жизнедеятельности человека в канализационные трубы или в септические дренажные поля. На выходе устройства в соответствии с настоящим изобретением получают воду. пригодную для повторного использования. и сухой дезинфицированный порошок. который может быть выброшен вместе с бытовым мусором. Само по себе устройство дегидратации является достаточно универсальным для того. чтобы его можно было использовать в любом применении. где необходимо обезвоживать и очищать жидкости. производить переработку взвесей в пищевой промышленности. опреснять воду. или в других аналогичных применениях. Многие растворители. которые используют в промышленных применениях. могут быть переработаны и нейтрализованы с использованием комбинации системы для обработки сточных вод и устройства дегидратации.

- 2 011677

Камера дегидратации, предназначенная для обработки отходов жизнедеятельности человека, содержит один или несколько (а преимущественно два) цилиндров, установленных рядом друг с другом, каждый из которых имеет лопасти спиральной формы, модифицированные шнеки или лопатки, которые идут ориентировочно на всю длину каждого цилиндра. Преимущество расположения цилиндров рядом друг с другом состоит в том, что увеличивается отношение нагретой поверхности к объему, что улучшает нагрев содержимого. Каждая спиральная лопасть по центру соединена с валом. Двигатель непосредственно вращает обе спиральные лопасти с использованием шестерен, ремней, червячной передачи или цепи. Цилиндры или лопасти могут иметь электрические нагревательные элементы, которые доводят внутренние части цилиндров до заданной температуры. Спиральные лопасти (по одной в каждом цилиндре) при вращении образуют взвесь из жидкости и твердых отходов за счет измельчения твердых отходов при контакте со стенкой цилиндра. Лопасти также поднимают взвесь к нагретым поверхностям, образуя тонкую пленку взвеси, которая испаряется быстрее.

За счет использования цилиндров, особенно установленных рядом друг с другом, чтобы максимально повысить емкость и отношение площади поверхности к объему, существенно снижается потребление энергии. Периодически производят нагрев взвеси до 350°Р (175°С) внутри камеры дегидратации, чтобы превратить отходы в сухой порошок. Пар отводят наружу из камеры дегидратации, причем пар конденсируют для использования при последующих смывах или направляют в систему очистки сточных вод. Каждая из цилиндрических труб или цилиндров дегидратации содержит множество электронагревательных стержней (нагрев сопротивлением), которые установлены продольно на внешнем периметре каждого цилиндра или расположены внутри оболочки, изготовленной при помощи литья или экструзии. Альтернативно, перемешивающие лопатки могут иметь нагревательные элементы. Нагревательные стержни подключены к источнику электропитания, которым может быть батарейный источник постоянного тока или обычный источник (сеть) переменного тока. Схема управления и программа управляют промежутком времени подвода электроэнергии и количеством электроэнергии, подводимой к нагревательным стержням, за счет коммутации электрического тока, для максимального повышения эффективности использования энергии устройством дегидратации. Это позволяет снизить до минимума потребление электрического тока при поддержании максимальной температуры внутри камеры, чтобы испарять жидкости в отходах. Это обеспечивает наиболее эффективное использование электрической энергии для испарения жидкостей и превращения твердых отходов в камере в сухой порошок. Система нагрева может быть выключена после каждого использования туалета или после каждого смыва. Нагрев и тепловую обработку сточных вод можно программировать один раз в день или даже один раз в неделю, в зависимости от конкретного вида использования устройства дегидратации. Альтернативно, в случае тяжелого режима использования система может оставаться включенной до окончания такого режима. Можно подсчитывать заданное число пользователей туалетом, чтобы экономить электрическую энергию. Нагрев камеры дегидратации производят до температур в диапазоне от 250°Р (121°С) до 350°Р (176,7°С). Вытяжной вентилятор включают в процессе нагрева и камеру дегидратации вентилируют, чтобы пар мог выходить наружу или мог конденсироваться для повторного использования. Датчики выключают систему, если температура в устройстве дегидратации превышает 355°Р (179,4°С) или если температура крышки превышает 150°Р (65,5°С).

Между чашей туалета и камерой дегидратации установлен ручной или автоматический электрический дренажный клапан, который позволяет производить смыв отходов жизнедеятельности человека в чаше туалета и их ввод в камеру дегидратации. Эта операция сопровождается включением вытяжного вентилятора, установленного в вентиляционном канале. Электрический дренажный клапан герметично закрывается во время процесса нагрева, что позволяет пару выходить через вентиляционный канал и не позволяет пару и запаху проникать в чашу туалета или в ванную комнату. Из соображений безопасности устройство дегидратации не включается до тех пор, пока сиденье туалета находится в нижнем положении.

Цилиндры дегидратации изолированы при помощи изоляционных материалов, таких как слой защитного покрытия или изоляционного керамического покрытия, чтобы отражать теплоту внутрь камеры. Изоляционное керамическое покрытие охватывает слой защитного покрытия или его наиболее нагретый участок. Изоляционное керамическое покрытие также снижает риск поражения электрическим током.

Камера дегидратации является водонепроницаемой и электробезопасной в условиях присутствия воды. Устройство дегидратации снабжено заземленной защитой от коротких замыканий. Камера дегидратации может быть использована с туалетами различных конструкций, выпускаемых различными изготовителями. Лучшие модели, в которых используют струи воды под высоким давлением, расходующие малые объемы воды, специально разработаны для данного применения. Это уменьшает количество воды, подлежащей обезвоживанию, и уменьшает потребление энергии. В соответствии с настоящим изобретением может быть использован также туалет собственного изготовления, в котором используют имеющие высокое давление и малый объем струи для смыва чаши. Причиной для использования такого туалета является то, что меньший объем воды, необходимый для смыва, позволяет уменьшить потребление энергии, необходимой для обезвоживания.

Автономный дегидратационный туалет содержит небольшой смывной бачок (3 галлона), причем

- 3 011677 озон вводят для дезинфекции воды, поступающей в смывную чашу. Озон позволяет стерилизовать отходы и устранять запах. Паровая вентиляционная линия идет от камеры и открыта в окружающую среду, причем конденсат из этой линии может быть возвращен в бачок и использован при следующих смывах.

Озон вводят в камеру дегидратации для разложения животных жиров, имеющихся в фекалиях, и для усиления процесса стерилизации. Другим следствием использования озона является устранение запаха, возникающего при тепловой обработке отходов. Введение озона не только окисляет твердые и жидкие вещества, имеющиеся в отходах жизнедеятельности человека, но и инициирует процесс испарения без чрезмерного потребления электрической энергии нагревательными элементами. Половина галлона жидкостей может быть испарено в течение нескольких дней с минимальным расходом энергии. Озон также вводят в резервуар свежей воды для ее дезинфекции.

Воздух вводят в цилиндры для двух целей. Прежде всего, воздух вводят в цилиндры во время вакуумного цикла, чтобы удалить сухие порошковые отходы из цилиндров. Во-вторых, воздух вводят в цилиндры, чтобы всасывать подогретый воздух в камеру для ускорения процесса сушки в ходе регулярного цикла тепловой обработки.

Автономное устройство дегидратации содержит накопительный резервуар, камеру дегидратации и нагревательные элементы, а также схему управления источником питания и компьютерную программу, паровой вентиляционный канал, промывочный клапан, воздушные насосы, генераторы озона, воздухозаборники, один или несколько туалетов и туалетных чаш с дренажными клапанами и паровыми клапанами, вакуумное устройство, вытяжной вентилятор и средство удаления отходов, такое как мешок для сбора твердых частиц, после того, как они были обезвожены. Этот базовый блок дегидратации может быть подключен таким образом, что обслуживать множество туалетов в полной системе, которая может быть передвижной, например, может быть установлена на судне, на наземных средствах передвижения, используемых в армии благодаря своей портативности, на самолетах или даже в жилых домах, в торговых заведениях и на предприятиях, имеющих множество туалетов.

Как камера дегидратации, так и устройство дегидратации могут быть использованы в полной системе, что позволяет не только повысить эффективность безопасной обработки отходов жизнедеятельности человека и существенно снизить потребление свежей воды и энергии, но также позволяет использовать новые способ и систему для обработки и очистки сточных вод. Сточные воды представляют собой воду, которая уже была ранее использована для мытья и промывки; например, это могут быть сточные воды от душевых кабин, сливов и других источников, в том числе полученные при влажной уборке помещений и мойке машин. Типично, сточные воды содержат не только грязь, но и растворители, моющие средства, мыльные остатки различного типа и другие химикаты. В данном случае в сточные воды поступает и моча, так как обработка мочи в предлагаемой системе обработки сточных вод является намного более рентабельной и быстрой, чем ее обезвоживание. Для экономии свежей воды используют комбинацию устройства дегидратации, установленного в туалетах или установленного отдельно, устройства электрокоагуляции и специально разработанных комбинированных резервуаров сепарации/дезинфекции. Центральным элементом системы является резервуар сепарации/дезинфекции, в котором используют озон и ультрафиолетовое излучение. Воду собирают от сливов, душевых кабин, посудомоечных машин, писсуаров и от других источников, таких как кондиционеры. Сточные воды пропускают через сетчатый фильтр и отстойник, и производят их обработку в специально разработанной сменной электрокоагуляционной реакционной камере, ранее введения потока в резервуар сепарации/дезинфекции. Внутри камеры сепарации большинство коагулянтов всплывают на поверхность воды и далее поступают в камеры дегидратации. Обработанные сточные воды, из которых удалены твердые загрязнения, затем озонируют и обрабатывают ультрафиолетовым излучением, после чего направляют в накопительный резервуар и используют повторно в душевых кабинах, для мойки судов, смыва в туалетах и в посудомоечных машинах. Некоторое количество этой воды может быть дополнительно обработано и стерилизовано для получения питьевой воды в отдельном накопительном резервуаре. Резервуар сепарации/дезинфекции, в котором находятся сточные воды, может быть также соединен через дренажный клапан с устройством дегидратации, которое само по себе обслуживает несколько туалетов. Внутри резервуара сепарации/дезинфекции практически все за исключением воды превращается в пену и всплывает на поверхность.

Пену собирают с поверхности и направляют в камеру дегидратации. Более важным является то, что все сточные воды от множества обычных туалетов поступают в единственный накопительный резервуар, откуда они поступают на обработку в той же системе обработки сточных вод. Могут быть также использованы традиционные методы применения микробов, которые перерабатывают твердые вещества в жидкости. На выходе устройства дегидратации может быть установлен вакуумный блок, который удаляет твердые обезвоженные частицы отходов из устройства дегидратации. Устройство дегидратации позволяет производить обработку не только отходов жизнедеятельности человека, но также остатка после электрокоагуляции, которую используют для обработки сточных вод.

Таким образом, с использованием полностью автономной системы и соответствующего способа отходы жизнедеятельности человека могут быть успешно обработаны с использованием минимального потребления энергии, причем одновременно большие объемы сточных вод могут быть успешно очищены для повторного использования с малым потреблением энергии и без использования химикатов (за ис- 4 011677 ключением озона). Электрокоагуляцию уже используют для обработки воды в течение многих лет, однако, до настоящего времени не был создан приемлемый процесс, позволяющий снизить чрезвычайно большое количество образующихся коагулянтов (пены). Во многих случаях коагулянты не являются дезинфицированными и не подлежат захоронению на свалках. В отличие от этого, предложенная система позволяет при минимальном обслуживании производить безопасное захоронение дезинфицированных коагулянтов.

Задачей настоящего изобретения является объединенные и раздельные объекты, направленные на то, чтобы создать усовершенствованную модульную и универсальную автономную систему и соответствующий способ для эффективной обработки отходов жизнедеятельности человека с использованием возможно меньшего количества воды, чтобы дезинфицировать и регенерировать сточные воды для повторного использования и снизить до минимума потребление энергии.

Другой задачей настоящего изобретения является создание переносного устройства дегидратации, которое позволяют эффективно обрабатывать отходы жизнедеятельности человека и может быть встроено в один автономный туалет или в систему из множества туалетов, которая может быть передвижной или стационарной и может быть использована не только в бытовых, торговых или промышленных применениях, но и на средствах передвижения, таких как лодки, корабли, самолеты и наземные транспортные средства.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание модульного переносного или стационарного туалета и системы обработки сточных вод, которые позволяют успешно обрабатывать отходы жизнедеятельности человека, устранять запах и перерабатывать отходы жизнедеятельности человека в порошок для облегчения удаления.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание полностью автономной модульной системы и способа обработки отходов жизнедеятельности человека и сточных вод, которые позволяют интегрировать указанные различные функции в передвижную или стационарную, обладающую высокой эффективностью систему, которая в результате позволяет осуществлять регенерацию воды и значительно снижает потребление воды и энергии при обработке отходов жизнедеятельности человека.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана блок-схема автономного передвижного или стационарного дегидратационного туалета с использованием устройства дегидратации, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 показана схема последовательности операций способа в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 3 показан вид в перспективе туалета с устройством дегидратации и в соответствии с настоящим изобретением, причем кожух устройства дегидратации и изоляция условно удалены;

на фиг. 4 показан вид в перспективе цилиндров, использованных в устройстве дегидратации, совместно со спиральными лопатками, напоминающими о том, что могут быть использованы модифицированные шнеки или лопасти другого типа. Цилиндры могут быть изготовлены при помощи литья из двух деталей, соединенных вместе болтами, или могут быть отпрессованы и сварены вместе, или же могут быть изготовлены из пластика, с нагревательными элементами, которые являются частью спиральных лопастей;

на фиг. 5 схематично показана блок-схема предлагаемой системы, в которой используют устройство дегидратации в соответствии с настоящим изобретением. По желанию, могут быть добавлены один или несколько туалетов;

на фиг. 6 схематично показана блок-схема системы очистки сточных вод, которую используют для обработки любых сточных вод, накопленных в биореакционной камере или в обычном септическом резервуаре (отстойнике);

на фиг. 7 показан вид сбоку резервуара сепарации/дезинфекции;

на фиг. 8 показан вид в перспективе с пространственным разделением деталей электрокоагуляционной реакционной камеры.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой схематично показана блок-схема системы 10 в соответствии с настоящим изобретением, которое включает в себя устройство 12 дегидратации, вход которого соединен с туалетом или туалетами 24. В варианте с одним туалетом туалет 24 может быть непосредственно соединен со входом устройства дегидратации. Устройство 12 дегидратации также соединено при помощи паропровода 17 с резервуаром 14 свежей воды, на выходе которого стоит вытяжной вентилятор 15 и паровой вентиляционный канал 16, который подключен к резервуару 14 свежей воды и предназначен для сбора конденсата, полученного при охлаждении пара. В устройстве дегидратации предусмотрен также источник 22 озона для стерилизации и устранения запаха. Процесс можно считать завершенным после того, как произведено нагревание твердых отходов, при котором жидкости испаряются

- 5 011677 и получают остаток в виде сухого порошка, который был дезинфицирован и остается в устройстве 12 дегидратации до момента удаления при помощи центрального вакуумного устройства или внутреннего вакуумного устройства 20, которое может иметь мешок для сбора, в который всасывается порошок за счет создания вакуума в устройстве дегидратации, причем мешок с порошком затем может быть удален. Озон 22 может поступать одновременно с перемешиванием отходов, чтобы произвести испарение большей части жидкостей ранее начала нагревания для того, чтобы уменьшить потребление энергии и время, необходимое для полной дегидратации (обезвоживания).

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 2, где показана схема последовательности операций способа в соответствии с настоящим изобретением в случае одного туалета. На операции 24 отходы поступают в чашу туалета. Дренажный клапан на операции 27 срабатывает тогда, когда на операции 25 крышка туалета закрывается или срабатывает ручная блокировка. Озон и вода из бачка на операции 38 поступают в чашу туалета для смыва и вытяжной вентилятор на операции 41 включается на несколько секунд. Отходы затем втекают в камеру дегидратации (при проведении операции 28). На операции 29 дренажный клапан закрывается и герметизирует камеру дегидратации.

При проведении операции 30 в камере дегидратации отходы перемешиваются при помощи спиральных лопастей, в результате чего создается взвесь, причем в камеру периодически подается озон. Спиральные лопасти могут вращаться в двух различных направлениях от двигателя с редуктором (в котором может быть использована ременная передача, червячная передача или цепная передача). После завершения операции 30 всю камеру дегидратации нагревают после заданного числа смывов, в результате чего взвесь превращается в пар, который отводят через паровой вентиляционный канал на операции 40. Охлажденный пар превращается в конденсат в вентиляционном канале на операции 40 и накапливается в бачке, куда на операции 38 периодически вводят озон. Воду из бачка затем используют для следующего смыва.

Остающиеся высушенные отходы в виде сухого порошка за счет обратного движения спиральных лопастей перемещают к противоположному концу камеры дегидратации. В операции 35а открывают клапан впуска воздуха, а в операции 35Ь открывают вакуумный канал и закрывают канал пара. Наконец, в операции 36 включают вакуумный очиститель и удаляют сухой порошок через вакуумный канал в мешок, который затем может быть безопасно отвезен на свалку.

Из рассмотрения фиг. 2 можно понять, как осуществляются различные важные функции системы, что существенно повышает эффективность процесса превращения отходов жизнедеятельности человека в порошковый остаток. Использование озона на операции 30 устраняет запах и помогает стерилизовать отходы, а использование воздушного потока позволяет начать испарение жидкостей при низком потреблении энергии. Кроме того, во время операции 32 нагревания, которой управляют при помощи компьютерной программы, электрическую энергию используют в нагревательных элементах (на фиг. 2) так, что обеспечивается максимальная эффективность всей системы за счет управления мощностью и периодом времени подвода энергии к нагревательным элементам.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 3, где показано устройство дегидратации, причем кожух устройства дегидратации и изоляция условно удалены. Следует иметь в виду, что основным узлом предлагаемой системы является устройство 42 дегидратации, которое содержит два изготовленных из алюминия или из нержавеющей стали цилиндра 44 и 46, образующие камеру дегидратации, которые установлены рядом друг с другом и которые имеют общие отверстия в верхней части, соединенные с чашей 50 туалета через уплотнительное кольцо и промывочный клапан 48. В некоторых случаях дешевле использовать только один цилиндр, в зависимости от желательной емкости. Как показано на фиг. 4, камера дегидратации состоит из двух половин. Верхняя половина камеры дегидратации может быть отформована или отлита из композитного пластика или алюминия, а нижняя половина может быть отлита из алюминия или нержавеющей стали, причем камера может иметь пластиковую изоляционную крышку. Половины камеры могут быть механически соединены вместе и уплотнены. Чаша 50 туалета имеет прикрепленную к ней крышку 52. Контакт с сиденьем туалета может включать и выключать систему. Бачок 68 для воды и озона расположен рядом с чашей 50 туалета и непосредственно соединяется с ней при нажатии на ручку 70, при этом вода под давлением поступает в чашу 50 туалета. Альтернативно, предусмотренные в крышке 52 контакты могут включать цикл смыва. Паровой вентиляционный канал, соединенный с устройством 42 дегидратации через трубку 54, содержит вытяжной вентилятор 56, показанный схематично. На фиг. 4 показано, что внутри каждой цилиндрической камеры 44 и 46 имеются спиральные лопасти 78 и 84, расположенные по длине цилиндров 44 и 46 и подключенные к двигателю 62, который обеспечивает вращение спиральных лопастей сначала в одном направлении, в затем в другом направлении. Задачей лопастей является отделение твердых материалов от жидкостей, чтобы ускорить испарение за счет нагрева проводящими нагревательными элементами 58. Несколько удлиненных электрических нагревательных элементов 58, которые установлены по периметру обоих цилиндров 44 и 46, включаются в заданное время по команде от контроллера 60, который управляет двигателем 62 и подачей тока в провода 72, которые подключены к каждому из нагревательных элементов 58 на внешних стенках камеры. Электроэнергия подается на нагревательные элементы 58 в соответствии с программой управления после нескольких смывов, с учетом измеренной температуры взвеси, чтобы наиболее эффек

- 6 011677 тивным образом осуществить кипение или нагревание жидкостей с целью испарения. Паровая вентиляционная трубка 54 также может быть подключена к бачку 68, для возврата в него стерилизованной или дистиллированной воды.

Порошковый остаток, полученный после испарения влаги за счет процесса тепловой обработки и нагревания, удаляется при помощи вакуумной системы 74, которая создает вакуум и которая содержит мешок для сбора порошкового остатка, который всасывают из цилиндров 44 и 46 дегидратации по трубке 76. Мешок может быть затем извлечен из вакуумного блока 74 и заключенный в нем остаток может быть безопасно захоронен на свалке, так как он был в некоторой степени стерилизован за счет обработки озоном.

Для использования системы, показанной на фиг. 3, в качестве единственного туалета, вручную нажимают ручку 70, которая также может иметь автоматическое или электрическое управление, чтобы произвести смыв отходов в чаше 50 с использованием воды и озона из небольшого смывного бачка 68, причем открывание электрического клапана 48 смывного бачка позволяет отходам одновременно поступать в оба цилиндра 44 и 46. После этого осуществляют закрывание электрического клапана 48, в результате чего полностью герметизируется устройство 42 дегидратации. После заданного числа смывов, блок 60 питания производит включение нагревательных элементов 58, чтобы нагревать взвесь до заданной температуры в течение заданного промежутка времени. Тем временем, между отдельными смывами двигатель 62 включается и приводит во вращение в первом направлении спиральные лопасти внутри каждого из цилиндров 44 и 46, чтобы создать взвесь, которую намного легче испарять. В это время также добавляют озон. В заданные моменты времени, а преимущественно ночью, когда туалетом не пользуются, камера может быть нагрета, все жидкости могут быть испарены и образован порошковый остаток из оставшихся твердых отходов. Во время этого цикла порошковый остаток может быть удален при помощи вакуумного блока 74 через трубку 76, чтобы полностью очистить весь блок. Преимущественно и другие испаряющиеся жидкости могут поступать через трубку 54 в вентиляционный канал 56 и могут испаряться через него во время процесса нагрева. Двигатель 62 периодически включается контроллером 60, чтобы вращать лопасти в первом направлении во время процесса разделения (измельчения), причем остаток может быть смещен на край камеры при реверсировании двигателя 62, теперь вращающего лопасти в другом направлении, при этом добавляют озон, чтобы стерилизовать и дезодорировать остаток. Перемещение остатка позволяет размещать твердые отходы в порошковом виде в цилиндрах 44 и 46 в наилучшем положении для их удаления при помощи вакуума 74.

Контроллер блока питания 60 имеет программатор или процессор, который за счет измерения температуры и времени может определять наиболее эффективный график подвода мощности к нагревательным элементам 58, то есть моменты их включения и отключения, на основании температуры и других факторов, позволяющих использовать электрическую энергию наиболее эффективным образом. Наконец, сами обрабатываемые жидкости также могут быть использованы для пополнения воды в бачке 68, так как из них при конденсации пара может быть получена дистиллированная вода, которая может быть возвращена в бачок 68.

На фиг. 4 показаны два объединенных цилиндра 44 и 46, которые содержат пластиковые лопасти 78 и 84, которые являются спиральными по форме и имеют длину, соответствующую внутренней длине каждого из цилиндров 44 и 46. Лопасть 78 имеет спиральный лопастной элемент 80 со сквозными отверстиями 82, позволяющими жидкости проходить через них. Аналогично, лопасть 84 имеет спиральный лопастной элемент 86 со сквозными отверстиями 88, позволяющими жидкости проходить через них. Лопасть 78 имеет приводной вал 90, который соединен с двигателем 62, показанным на фиг. 3. Этот вал может вращаться непосредственно от червячной передачи двигателя. Аналогично, лопасть 84 имеет приводной вал 92, который соединен с двигателем 62. Двигатель может приводить лопасти во вращение в одном и том же направлении во время одной фазы операции, в которой создают взвесь. Когда включают нагревательные элементы 58, это приводит к нагреванию цилиндров и к нагреванию жидкостей внутри них, до момента, когда жидкости превращаются в пар или начинают кипеть. Одновременно с испарением жидкостей через паровой вентиляционный канал, происходит непрерывное нагревание оставшихся твердых отходов, пока из них не образуется порошок. В этот момент лопасти изменяют направление вращения, одновременно с подачей озона, чтобы стерилизовать и дезодорировать порошок, при этом порошковый остаток перемещается к той точке в каждом цилиндре, где вакуумная система может эффективно и безопасно удалять порошковый остаток. Сами по себе лопасти являются спиральными по форме, изготовлены из пластика и соединены, как уже было упомянуто здесь выше, с приводными валами 90 и 92.

Устройство дегидратации, которое было использовано для единственного автономного туалета, может быть подключено к системе, содержащей множество туалетов, чтобы принимать и удалять отходы жизнедеятельности человека с использованием очень малого объема воды и с образованием сухого порошка, как это показано на фиг. 1-5.

На фиг. 5 показана большая система, которая предусматривает проведение очистки сточных вод и удаление отходов жизнедеятельности человека, причем эта система содержит множество туалетов и может быть выполнена в виде передвижной системы. Основными узлами системы для обработки сточных вод являются разделительный бак 96, камера дегидратации и блок электрокоагуляции, причем в баке 108

- 7 011677 имеется источник озона. Сточные вода получают от душевых кабин, сливов или из канализационных труб, которые коллективно показаны позицией 98, причем на входе системы предусмотрен фильтр или сетка 100, чтобы не пропускать крупные частицы. Отстойник 102 используют для сбора подлежащей обработке воды, которую затем направляют через реакционную камеру 104, где проводят электрокоагуляцию для обработки сточных вод. Обработанные сточные воды затем направляют в разделительный бак 96 по трубопроводу 106. Здесь производят разделение коагулянтов от жиров, содержащихся в воде. Кроме того, производят обработку воды озоном для ее дополнительной дезинфекции. Стрелки в верхней части разделительного бака показывают выпуск нежелательных порций воды. Предусмотрен дренажный клапан 110, через который коагулянт может быть непосредственно введен в устройство 112 дегидратации, предназначенное для системы, которая содержит множество туалетов 126, соединенных с устройством 112 дегидратации. Дополнительная обработка полученной воды в устройстве 122 позволяет получить безопасную стерилизованную питьевую воду, подаваемую в резервуар 124. Кроме того, вода для повторного использования из накопительного бака 116 может быть возвращена назад в бак 120 для использования в душевых кабинах, в судовых мойках, в туалетных смывах и для мытья посуды. В системе используют также блок 104 электрокоагуляции.

Система, показанная на фиг. 5, может быть стационарной или передвижной, и может быть использована в жилых домах, торговых заведениях, на судах и самолетах. По причине ее малого веса и малого потребления энергии эта система может быть использована на грузовых автомобилях или на буксируемых трейлерах, причем размер каждого элемента системы может быть выбран в зависимости от конкретного вида использования. Например, передвижное средство, имеющее душевые кабины, сливы (раковины), канализационные трубы и даже сливы системы кондиционирования воздуха, может быть установлено на трейлере, который также содержит множество туалетов. Вся система является передвижной, так как она использует очень малый объем воды, очищает сточные воды и удаляет отходы жизнедеятельно сти человека с минимальным потреблением энергии. Сбросы от такого транспортного средства представляют собой дезинфицированную воду, которая может быть использована для других применений.

Система, показанная на фиг. 6, может быть использована совместно со смывным бачком, септическим резервуаром или со специально разработанной камерой биосбраживания. Множество туалетов, сливов (раковин), писсуаров и источников сточных вод соединены со входом биореакционной камеры 115 или с имеющимся септическим резервуаром или со сборными танками на судах, накопительными резервуарами на самолетах и в вагонах, которые коллективно показаны как резервуар 115. Насос 118 отстойника всасывает поток из резервуара 115 и принудительно подает этот поток в электрокоагуляционную реакционную камеру 120. В блоке 119 добавляют озон. После этого поток поступает в резервуар 122 сепарации/дезинфекции, в котором все кроме воды превращается в коагулянт, который всплывает на поверхность или опускается на дно. Затем эти коагулянты направляют в устройство 134 дегидратации или пропускают через фильтры 135. Очищенную воду озонируют от источника 130 и подвергают воздействию ультрафиолетового излучения 126, а затем направляют в накопительный резервуар 132 для повторного использования. Коагулянты, которые осаждаются на дне резервуара, возвращают назад в биореакционную камеру для последующей обработки при помощи микробов.

На фиг. 7 показан резервуар 122 сепарации/дезинфекции. Поток из электрокоагуляционной реакционной камеры 120 (фиг. 6) поступает в резервуар 122 через ввод 107. В резервуаре 122 происходит отделение воды от всех твердых веществ и бактерий, при этом твердые вещества превращаются в коагулянт, который всплывает на поверхность и удаляется через пеноотделитель или опускается на дно и возвращается в биореакционную камеру или в накопительный резервуар 115 через автоматический или ручной дренажный клапан 101. Перегородки 150 в резервуаре 122 служат для поддержания заданного уровня воды в резервуаре, а также для отклонения потока так, чтобы на него воздействовал озон 120 и ультрафиолетовое излучение 126 в течение большего периода времени, и чтобы исключить плескание воды в передвижной системе. Воду удаляют через выпуск 116.

На фиг. 8 показана электрокоагуляционная реакционная камера 104 со сменными металлическими пластинами и прокладками. Камера содержит напорную камеру 166, крышку 167, накладку 169 для подвода электроэнергии, металлическую пластину 172 с одним отверстием по центру, металлические пластины 173 с четырьмя отверстиями по углам, прокладки 174, впуск 182 и выпуск 181 и нажимную пластину 180. Грязная вода поступает через впуск 182. Накладка 169 подвода энергии подключена к каждой металлической пластине 173, что приводит к тому, что каждая другая пластина заряжается положительно или отрицательно. Грязную воду пропускают через все пластины. Обработанную воду затем выпускают через выпуск 181, после чего грязная вода начинает коагулировать. Металлические пластины 173 могут быть изготовлены из алюминия, или железа, или из комбинации различных других металлов, в зависимости от конкретного использования или от химического состава сточных вод.

Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят за рамки формулы изобретения.

Claims (12)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система для превращения отходов жизнедеятельности человека и других содержащихся в воде загрязняющих веществ в сухой порошок с очисткой сточной воды, содержащая автономный дегидратационный туалет, имеющий смывную чашу, смывной бачок, крышку туалета и датчики для включения и выключения системы, установленные на сидении смывной чаши;

   устройство дегидратации отходов, которое содержит камеру в виде одного или нескольких цилиндров, установленных рядом друг с другом и имеющих входные отверстия в верхней части каждого из них; один или несколько электрических нагревательных элементов, установленных вокруг периметра каждого цилиндра на его внешней стенке и предназначенных для нагревания отходов, смываемых из туалета, и испарения воды из взвеси отходов, и пластиковую спиральную лопасть с приводным валом, расположенную продольно внутри каждого из цилиндров, предназначенную для перемешивания загрязненной воды и содержащую лопастной элемент с множеством сквозных отверстий, позволяющих загрязненной воде проходить через них, и источник озона;

   дренажный клапан, который соединяет смывную чашу туалета непосредственно с входными отверстиями цилиндров устройства дегидратации и имеет ручку для выпуска воды из смывного бачка в смывную чашу, так чтобы ее содержимое втекало в устройство дегидратации;

   двигатель, соединенный с указанными валами спиральных лопастей с возможностью их реверсивного вращения;

   контроллер, который подключен к каждому нагревательному элементу и к двигателю и предназначен для включения указанных нагревательных элементов и двигателя в заданные моменты времени, причем контроллер содержит программатор, предназначенный для определения за счет измерения температуры и времени наиболее эффективного графика включения нагревательных элементов и двигателя после заданного числа смывов;

   паропровод, подключенный к указанным цилиндрам устройства дегидратации; и вытяжной вентилятор, приводимый в действие, когда температура внутри устройства дегидратации достигает заданного значения, который подключен к указанному устройству дегидратации через паропровод.
2. 2. Система по п.1, которая дополнительно содержит электрокоагуляционное устройство для очистки сточной воды перед её подачей в устройство дегидратации.
3. 3. Система по п.1, предназначенная для установки на передвижной платформе, такой как лодка, корабль, самолет, легковой автомобиль, грузовой автомобиль, переносной туалет и развлекательное или грузовое транспортное средство.
4. 4. Система по п.1, выполненная с возможностью работы совместно с существующими смывными бачками, накопительными резервуарами, сборными танками и септическими системами.
5. 5. Система по п.1, выполненная с возможностью установки на передвижной платформе, содержащей множество туалетов, душевых кабин и сливов.
6. 6. Система по п.2, в которой электрокоагуляционное устройство выполнено с возможностью отделения загрязняющих веществ от сточной воды.
7. 7. Система по п.2, которая объединена с биореакционной камерой для обработки с использованием микробов отходов от всех туалетов, сливов, душевых кабин, писсуаров и других использующих воду устройств.
8. 8. Система по п.1, в которой автономный туалет, устройство дегидратации и электрокоагуляционное устройство выполнены в виде модулей.
9. 9. Способ превращения отходов жизнедеятельности человека и других содержащихся в воде загрязняющих веществ в сухой порошок, включающий в себя следующие операции:

   a) помещение отходов жизнедеятельности человека в устройство дегидратации;

   b) подачу озона в устройство дегидратации, чтобы стерилизовать и дезодорировать смесь отходов и сточной воды;

   c) нагревание отходов в устройстве дегидратации до заданной температуры с осуществлением контроля потребления энергии; и

   6) получение отходов в виде сухого порошка и их удаление из устройства дегидратации.
10. 10. Способ по п.9, в котором сухой порошок удаляют из устройства дегидратации в мешок для хранения за счет вакуума.
11. 11. Способ по п.9, который предусматривает направление сточных вод в устройство электрокоагуляции, чтобы коагулировать твердые загрязняющие вещества в флокулированные частицы, которые затем осаждают на дно и/или которые собирают с поверхности воды при помощи устройства для сбора пены; причем очищенную от загрязнений воду затем подают в устройство дегидратации для её стерилизации.
12. 12. Способ по п.9, в котором отходы от всех туалетов, сливов, душевых кабин, писсуаров и других использующих воду устройств подвергают дополнительно обработке в биореакционной камере с использованием микробов.