專利名稱：一種尿液自動分離收集并資源化的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及農(nóng)業(yè)環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，是一種尿液自動分離收集并資源化的裝置及方法，可實現(xiàn)尿液和便后尿液沖洗水的自動分離收集，減輕灰水負(fù)荷，且能實現(xiàn)尿液中 N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的資源化利用。
背景技術(shù)：
尿液中N、P、COD含量分別占生活污水總量的87^^50^^12 ^尿液的直接排放不僅增大了后續(xù)灰水處理負(fù)荷，而且還造成N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的損失。當(dāng)前，針對尿液的處理方式主要有1、尿液、大便以及沖洗水一起進(jìn)入城鎮(zhèn)污水管道，在污水處理廠當(dāng)作黑水來處理。 該方法主要有兩個缺點第一、黑水的有機負(fù)荷和病原菌負(fù)荷均較高，與灰水混合后增加了污水處理的難度和成本，也使得黑水中的營養(yǎng)物質(zhì)難以回收資源化；第二、上述技術(shù)仍停留在對污水的污染控制層面上，未實現(xiàn)生活污水中營養(yǎng)物質(zhì)的資源化利用以及出水循環(huán)回用。2、將尿液進(jìn)行收集，儲存一定時間后直接作為肥料。這種方法雖然實現(xiàn)了部分營養(yǎng)物質(zhì)的資源化利用，降低了環(huán)境污染，但缺點在于沒有將尿液和尿液沖洗水分離開來，這樣會導(dǎo)致尿液中營養(yǎng)成分的回收利用效率較低。因此，亟需開發(fā)一種可實現(xiàn)尿液自動分離收集并資源化的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種尿液自動分離收集并資源化的裝置及方法，以減輕生活污水的污染程度，降低污水處理成本，并且實現(xiàn)N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的資源化利用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種尿液自動分離收集并資源化的方法，其特征在于，包括步驟1)設(shè)置尿水自動分離式小便器；2)在尿水自動分離式小便器的尿水出口處，設(shè)置尿液收集管路和便后沖洗水排放
管路；3)在尿液收集管路中順序設(shè)置儲尿箱、加藥攪拌裝置、沉淀與上清液分離裝置；4)在3)步的沉淀經(jīng)處理后作為肥料使用；5)在幻步的尿液沖洗水和上清液進(jìn)入灰水處理系統(tǒng)。所述的尿液自動分離收集并資源化的方法，其所述1)步中的尿水，為尿液和沖洗水。所述的尿液自動分離收集并資源化的方法，其所述5)步中的灰水處理系統(tǒng)，采用 “灰水-預(yù)處理-土地處理系統(tǒng)-出水-回用”的工藝流程。一種尿液自動分離收集并資源化的裝置，其包括小便器、管路、儲尿箱、加藥攪拌CN 102531268 A裝置、沉淀與上清液分離裝置、灰水處理系統(tǒng)、自動控制裝置，其中，小便器帶有尿水自動分離系統(tǒng)，尿水自動分離系統(tǒng)由自動控制裝置控制；小便器排出口接有兩條管路尿液收集管路和便后沖洗水排放管路；尿液收集管路下游順序連通儲尿箱、加藥攪拌裝置、沉淀與上清液分離裝置，沉淀與上清液分離裝置排出口與灰水處理系統(tǒng)相通連，灰水處理系統(tǒng)出口接濕地或蓄水塘。所述的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其所述加藥攪拌裝置、沉淀與上清液分離裝置各自帶有自動控制裝置；加藥攪拌的自動控制裝置，使添加藥品及攪拌自動化，使其充分接觸反應(yīng)；沉淀與上清液的自動分離裝置實現(xiàn)沉淀(鳥糞石)與上清液的自動分離；其沉淀池中的沉淀物進(jìn)行簡單脫水處理后，即可作為肥料，上清液和尿液沖洗水則作為灰水進(jìn)入灰水處理系統(tǒng)。所述的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其所述管路，為管徑50mm的PVC管。所述的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其所述儲尿箱為D1500mm*H1500mm的圓柱形塑料桶；加藥攪拌裝置的攪拌器為ESJ-2000型攪拌器；沉淀與上清液分離裝置的真空泵為ZCTB750A型真空泵。所述的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其所述添加的藥品，為氧化鎂(MgO)； 沉淀物為鳥糞石。本發(fā)明的有益效果是1、減輕灰水處理負(fù)荷，降低了對環(huán)境的污染，實現(xiàn)生活污水的循環(huán)利用；2、實現(xiàn)了尿液中N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的資源化利用；3、整個系統(tǒng)建設(shè)費用以及運行費用低，維護(hù)簡單，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，具有很強的實用性和適用性。


圖1為本發(fā)明的尿液自動分離收集并資源化的方法流程圖；其中圖1 (a)為尿液分離技術(shù)路線圖； 圖1 (b)為自動加藥攪拌系統(tǒng)技術(shù)路線圖；圖1 (c)為沉淀分離技術(shù)路線圖；圖2為本發(fā)明中的尿液自動分離收集及資源化系統(tǒng)示意圖，其中圖2 (a)為小便器；圖2 (b)為蹲便器；圖3為本發(fā)明的尿水自動分離裝置、加藥攪拌裝置和沉淀與上清液的自動分離裝置電路原理圖；圖4為本發(fā)明中的灰水處理系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式當(dāng)前，我國絕大部分城鎮(zhèn)都是在尿液、沖洗水混合后進(jìn)行集中處理，這一方面增加了污水處理成本，另一方面造成尿液中N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的浪費。針對這一問題以及當(dāng)前生活污水的來源與特點，本發(fā)明設(shè)計了一種可實現(xiàn)尿液自動分離收集并資源化的裝置及工藝方法。其原理是對尿液進(jìn)行分離并單獨收集，再加入藥品氧化鎂(MgO)，形成的沉淀肥料(鳥糞石)實現(xiàn)了尿液中N、P等營養(yǎng)物質(zhì)回收利用，同時，處理后的灰水也達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是1、尿液的自動分離收集系統(tǒng)在小便器尿水出口處設(shè)有尿水自動分離閥門(一個二位三通電磁閥)。用單片機作為控制器來控制閥門的開關(guān)，實現(xiàn)尿水的自動分離收集。本發(fā)明的尿液和沖洗水自動分離收集系統(tǒng)已于2010年10月另案申請，詳情請參見《一種小便池尿液自動分離收集設(shè)備》，專利申請?zhí)?01010278076. 2。2、尿液資源化系統(tǒng)該系統(tǒng)主要包括加藥攪拌裝置、沉淀與上清液分離裝置。a)加藥攪拌裝置對尿液進(jìn)行分離并單獨收集以后，在尿液中加入氧化鎂(MgO)進(jìn)行攪拌。此過程所有的控制信號均由加藥攪拌控制裝置提供。b)沉淀與上清液分離裝置待沉淀和上清液完全分層以后，用真空泵把沉淀粘稠物抽出，稍作處理后作為肥料，而上清液進(jìn)入灰水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。此過程真空泵的控制信號由沉淀與上清液自動分離控制裝置來提供。3、灰水處理系統(tǒng)該系統(tǒng)由預(yù)處理和土地處理系統(tǒng)(如濕地，氧化塘等)組成。本發(fā)明的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其中的自動控制裝置包括1、尿水分離的自動控制裝置主要實現(xiàn)尿液與尿液沖洗水的自動分離，從而為后續(xù)的尿液資源化做準(zhǔn)備。2、加藥攪拌的自動控制裝置主要實現(xiàn)添加藥品氧化鎂(MgO)以及攪拌的自動化，使其充分接觸反應(yīng)。3、沉淀與上清液的自動分離裝置主要實現(xiàn)沉淀(鳥糞石)與上清液的自動分離。 沉淀進(jìn)行簡單脫水處理后，即可作為肥料。上清液和尿液沖洗水則作為灰水進(jìn)入灰水處理系統(tǒng)。為了更詳細(xì)地介紹本發(fā)明技術(shù)，下面結(jié)合實施例子來說明實施例現(xiàn)將本發(fā)明的一種實現(xiàn)尿液自動分離收集及資源化的裝置及方法應(yīng)用于石家莊橋西區(qū)的一家洗車場。該洗車場的固定人口為7人，加上洗車工和過往行人，據(jù)統(tǒng)計平均每天約為250人。洗車場為兩層樓房，上下層均有一家庭廁所，產(chǎn)生黑水未經(jīng)任何處理排入到城市管道。按照本發(fā)明，具體設(shè)計包括首先，在該洗車場廁所內(nèi)的小便池的尿水出口處鋪設(shè)尿液收集管路和沖洗水排放管路，以便實現(xiàn)尿液的單獨分離收集。其次，經(jīng)源頭分離的尿液沖洗水進(jìn)入灰水處理系統(tǒng)，處理后的出水可作為廁所沖洗水。對收集的尿液進(jìn)行處理后作為肥料，實現(xiàn)了尿液中N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的資源化利用，減輕了灰水對環(huán)境的污染。具體詳情如下一個成年人一年中排泄的糞尿量約790公斤(其中人糞約90公斤，人年約700公斤)，折合到每天平均一個成年人的尿液量為1. 91公斤，其中含N、P的比例分別為0. 5% 和0. 13%，計算得為一個人每一天尿液中N、P的質(zhì)量分別為0. 00955公斤和0. 002483公斤，洗車場按著250人/天算得每天洗車場所有人的尿液中N、P的總量約為2. 3875公斤和0.62075公斤。根據(jù)沉淀(鳥糞石(MgNH4PO4))可以計算得每天需加的藥品(MgO)的量約為0. 8009公斤，考慮在PH = 9. 2時鳥糞石沉淀量最大，通過實驗得知每天加MgO的量為 0. 902公斤時沉淀最大。石家莊洗車場內(nèi)廁所的尿液自動分離收集并資源化方法的工藝流程圖如圖1所示。其中包括尿液分離路線圖、加藥攪拌路線圖和沉淀分離路線圖。1、石家莊洗車場內(nèi)廁所的尿液自動分離收集并資源化裝置采用的小便器和蹲便器如圖2a，圖2b所示。蹲便器原理與小便器原理相同。其中，1-進(jìn)水控制裝置；2-進(jìn)水管道；3-尿水出口管道；4-尿液收集通道；5-尿液沖洗水排放通道；6-尿水分離控制閥； N-糞便排放通道。石家莊洗車場內(nèi)廁所的尿液自動分離收集并資源化裝置的加藥攪拌系統(tǒng)和沉淀與上清液分離系統(tǒng)如圖3所示。其中7-尿液沖洗水排放管道接口 ；8-尿液收集管道接口 ； 9-尿液收集管路；10-尿液沖洗水排放管路；11-尿液儲存箱；12-灰水處理系統(tǒng)；13-尿液輸送管路；14-上清液排放管路；15-尿液反應(yīng)器；16-加藥裝置；17-攪拌器；18-上清液排放控制閥門；19-沉淀排放管路；20-鳥糞石存放箱；21-閥門控制線路；22-控制箱；23-真空泵控制線路；24-真空泵。石家莊洗車場內(nèi)廁所的尿液自動分離收集并資源化裝置的灰水處理系統(tǒng)如圖4 所示。其中細(xì)格柵；29-格柵井；30-隔油擋板；31-隔油池；32-潛流人工濕地；33-進(jìn)水管(管徑IOOmmPVC管)；34-布水管(管徑IOOmmPVC穿孔管)；35-集水管(管徑IOOmmPVC
穿孔管)。整個工程系統(tǒng)由尿液自動分離收集系統(tǒng)、灰水處理系統(tǒng)、尿液資源化系統(tǒng)組成。1、尿液自動分離收集系統(tǒng)由1-進(jìn)水控制裝置；2-進(jìn)水管道；3-尿水出口管道； 4-尿液收集通道；5-尿液沖洗水排放通道和6-尿水分離控制閥組成。2、尿液資源化系統(tǒng)由7-尿液沖洗水排放管道接口 ；8-尿液收集管道接口 ；9-尿液收集管路；10-尿液沖洗水排放管路；11-尿液儲存箱；13-尿液輸送管路；14-上清液排放管路；15-尿液反應(yīng)器；16-加藥裝置；17-攪拌器；18-上清液排放控制閥門；19-沉淀排放管路；20-鳥糞石存放箱；21-閥門控制線路；22-控制箱；23-真空泵控制線路和24-真空泵組成。3、灰水處理系統(tǒng)該系統(tǒng)由28-細(xì)格柵，29-格柵井；30-隔油擋板；31-隔油池； 32-潛流人工濕地；33-進(jìn)水管(管徑IOOmmPVC管)；34-布水管(管徑IOOmmPVC穿孔管)； 35-集水管(管徑IOOmmPVC穿孔管)組成。具體方法如下1、尿液分離收集系統(tǒng)首先，在無人時小便進(jìn)水管道2與尿液收集通道4關(guān)閉，尿液沖洗水排放通道5開啟，這樣做主要是盡可能減少廁所的異味；其次，人來時小便進(jìn)水通道2關(guān)閉尿液收集通道4打開，尿液沖洗水排放通道5關(guān)閉；最后，人走時尿液收集通道4關(guān)閉，尿液沖洗水排放通道5、小便進(jìn)水管道2打開分別沖水3秒鐘和1秒后關(guān)閉，再延時1秒鐘尿液沖洗水排放通道5關(guān)閉。2、灰水處理系統(tǒng)，見圖4
格柵井深0. 6m,長0. 6m,寬0. 6m。格柵井中的細(xì)格柵28隔柵間距為3mm。經(jīng)過細(xì)格柵28的出水進(jìn)入隔油池31。隔油池31深0. 6m，長lm，寬0. 6m，池中有58mmX40mmPVC 擋板30兩塊。格柵井四及隔油池31墻體采用磚砌結(jié)構(gòu)O40墻)，磚墻用水泥砂漿抹面， 用鋼筋混泥土預(yù)制板蓋頂。該洗車場后荒廢的地方，建設(shè)潛流人工濕地32，潛流人工濕地 32為水平流潛流濕地，長2. 5m,寬2. 5m,深0. 8m。潛流人工濕地32墻體采用磚砌成Q40 墻)，池底采用混凝土(50標(biāo)號)(厚100mm)鋪底，并用水泥砂漿抹平。潛流人工濕地32最上層為20cm的泥土層，泥土層下面的濕地介質(zhì)順序由礫石、碎石及碎磚塊組成，其中礫石粒徑8 16mm，碎石粒徑4 8mm。礫石層主要起散水、集水及承托布水管34及集水管35 的作用。布水管34設(shè)于濕地前端礫石層內(nèi)，管徑為100mm，管底部打有孔徑為15mm的小孔， 孔心間距為150mm，孔口垂直向下。在潛流人工濕地32后端底部礫石層埋設(shè)集水管35，為管徑IOOmm的PVC管，管上打孔，孔徑15mm，孔心間距150mm。濕地植物為美人蕉。3、尿液資源化系統(tǒng)尿液加入MgO攪拌經(jīng)處理后將作為緩釋肥。只需控制真空泵M和攪拌器17的開關(guān)即可實現(xiàn)加藥攪拌和沉淀與上清液分離的自動化運行?；宜?jīng)處理仍可作為廁所沖洗水，從而實現(xiàn)污水的循環(huán)利用。
權(quán)利要求
1.一種尿液自動分離收集并資源化的方法，其特征在于，包括步驟A)設(shè)置尿水自動分離式小便器；B)在尿水自動分離式小便器的尿水出口處，設(shè)置尿液收集管路和便后沖洗水排放管路；C)在尿液收集管路中順序設(shè)置儲尿箱、加藥攪拌裝置、沉淀與上清液分離裝置；D)在C)步的沉淀經(jīng)處理后作為肥料使用；E)在C)步的尿液沖洗水和上清液進(jìn)入灰水處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿液自動分離收集并資源化的方法，其特征在于，所述A)步中的尿水，為尿液和沖洗水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿液自動分離收集并資源化的方法，其特征在于，所述D)步中的灰水處理系統(tǒng)，采用“灰水-預(yù)處理-土地處理系統(tǒng)-出水-回用”的工藝流程。
4.一種實施權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于，包括小便器、管路、儲尿箱、加藥攪拌裝置、沉淀與上清液分離裝置、灰水處理系統(tǒng)、自動控制裝置，其中，小便器帶有尿水自動分離系統(tǒng)，尿水自動分離系統(tǒng)由自動控制裝置控制；小便器排出口接有兩條管路尿液收集管路和便后沖洗水排放管路；尿液收集管路下游順序連通儲尿箱、加藥攪拌裝置、沉淀與上清液分離裝置，沉淀與上清液分離裝置排出口與灰水處理系統(tǒng)相通連，灰水處理系統(tǒng)出口接濕地或蓄水塘。
5.如權(quán)利要求4所述的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其特征在于，所述加藥攪拌裝置、沉淀與上清液分離裝置各自帶有自動控制裝置；加藥攪拌的自動控制裝置，使添加藥品及攪拌自動化，使其充分接觸反應(yīng)；沉淀與上清液的自動分離裝置，實現(xiàn)沉淀與上清液的自動分離；其沉淀池中的沉淀物進(jìn)行簡單脫水處理后，即可作為肥料，上清液和尿液沖洗水則作為灰水進(jìn)入灰水處理系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求4所述的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其特征在于，所述管路，為管徑50mm的PVC管。
7.如權(quán)利要求4所述的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其特征在于，所述儲尿箱為D1500mm*H1500mm的圓柱形塑料桶；加藥攪拌裝置的攪拌器為ESJ-2000型攪拌器；沉淀與上清液分離裝置的真空泵為ZCTB750A型真空泵。
8.如權(quán)利要求4所述的尿液自動分離收集并資源化的裝置，其特征在于，所述添加的藥品，為氧化鎂；沉淀物為鳥糞石。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種尿液自動分離收集并資源化的裝置及方法，涉及農(nóng)業(yè)環(huán)境工程技術(shù)，是由尿水(尿液和沖洗水)自動分離收集系統(tǒng)、尿液資源化系統(tǒng)和灰水(沖洗水)處理系統(tǒng)組成，主要涉及自動控制技術(shù)、環(huán)境污染控制技術(shù)以及N、P等營養(yǎng)物質(zhì)回收并資源化技術(shù)等。本發(fā)明在很大程度上可減輕灰水負(fù)荷，有效改善環(huán)境，實現(xiàn)生活污水的再利用，同時還可以實現(xiàn)N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的回收利用，避免了資源浪費，并能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明方法實施簡單，成本低廉，適用性強，有很強的實用和推廣示范價值。
文檔編號E03D13/00GK102531268SQ20101060180
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者劉小寧, 孟憲超, 朱春游, 溫國期, 胡正義, 黃麗娟 申請人:中國科學(xué)院研究生院