CN105036480A - 基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕及其污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，包括顺次相连的雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、PLC控制系统、一体化公厕、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统。一体化公厕顶部设有太阳能发电供电系统，用于为雨水过滤收集系统、PLC控制系统、一体化公厕、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统供电。所述的。雨水过滤收集系统用于收集雨水，并对其进行过滤、处理后，用于为公厕供水；组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统串联使用，用于对公厕排水进行处理；PLC控制系统用于整个系统进行自动化控制。本发明的公厕利用清洁能源进行供电，能有效地处理厕所排水，且维护成本低，具有极其重要的生态效益、经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕。
背景技术
近年来，随着人们旅游消费观念的转变，越来越多的人更注重贴近大自然的生态游，最终导致这些较为原始的自然景区人流量比平时显著增多，进出公共厕所的人数也大量增加，公厕的用水量及用电量也随之上升。目前的公共厕所一般都利用市政供水系统的供水进行洗手、冲厕，利用市电供电系统维持整个公厕耗能设备的运转，其公共厕所设立后都必须与市政供水和供电系统连通。然而，在一些旅游景区，尤其是较偏远的原始自然景区再加上自然景点比较分散，使得这些公共配套设施远离市政供水供电管网。因此，对于在自然景点所设置的公共厕所，通过市政供水系统供水和供电系统供电就较为困难，当入厕者便后没有水洗手，更没有水对厕所内的便槽及时进行冲洗，再加上没有通风和排气设施，不但影响个人卫生，还造成整个公共厕所内难以观瞻、臭气熏人，导致如厕者对旅游景区评价降低。另外即便景区中接入了供水和供电管网，由于人流量的增多公厕的用水量增加，导致公厕用水费用提升及排污量增加，加剧了污水管网及污水处理厂的负荷。目前有的采用污水冲、打包回收的方法，运行管理成本较高，也有采用就地填埋降解的方法，不能有效去除大肠杆菌等病原体，对环境污染严重。
如申请号为CN200920230651.4的实用新型专利公开了一种箱体式生态厕所，但该厕所仅设有简单的箱式结构，无法进行污水处理，容易对环境造成危害。而申请号为CN200410026169.0的一种智能环保生态厕所，尽管具有废水处理装置，但其处理设备采用活性炭柱、臭氧消毒器等装置，其建设成本较高，其维护成本也是是公共设施难以承受的。因此，开发一种经济、环保的生态厕所具有极其重要的生态效益、经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是现有技术中存在的不足，为更好地解决和克服公厕用水量大、设备耗能费用较高及公厕排污废水的循环利用等难题，实现充分利用自然资源且公厕排污废水循环利用的新型公厕目标，并提出一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕系统，具体技术方案如下：
一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，包括顺次相连的雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、PLC控制系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统；
所述的一体化公厕（15）顶部设有太阳能发电供电系统，太阳能发电供电系统包括太阳能控制器（14）、逆变器（12）、蓄电池（13）和薄膜光伏太阳能板（16），公厕顶部采用透空结构，透空部分安装有薄膜光伏太阳能板（16），薄膜光伏太阳能板（16）通过太阳能控制器（14）与蓄电池（13）相连，蓄电池（13）用于储能并为雨水过滤收集系统、PLC控制系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统供电；
所述的雨水过滤收集系统用于收集雨水，并对其进行过滤、处理后，用于为公厕供水；
所述的组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统串联使用，用于对公厕排水进行处理；
所述的PLC控制系统用于对雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统进行自动化控制。
所述的一体化公厕（15）还包括红外感应器（45）、LED照明灯（17）、烘手机（18）、真空抽污大便蹲位（19）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、常温水箱（22）、产热水箱（23）、冲厕水箱（24）、盥洗池（25）和洗拖池（26），公厕内部安装有LED照明灯（17）、烘手机（18）、真空抽污大便蹲位（19）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、冲厕水箱（24）、盥洗池（25）和洗拖池（26），公厕顶部安装有常温水箱（22）和产热水箱（23），产热水箱（23）中设有产热棒；盥洗池（25）和洗拖池（26）的冷水、热水接口分别与常温水箱（22）、产热水箱（23）相连，真空抽污大便蹲位（19）和红外感应小便器（21）与冲厕水箱（24）相连，LED照明灯（17）、烘手机（18）和红外感应小便器（21）均由蓄电池（13）进行供电。
所述的雨水过滤收集系统包括雨水收集管网（48）、雨水弃流过滤设备（6）、第一蓄水罐（7）、提升泵（8）、第二蓄水罐（9）和分散式雨水处理器（10），雨水收集管网（48）与雨水弃流过滤设备（6）相连，雨水弃流过滤设备（6）分别与第一蓄水罐（7）、第二蓄水罐（9）相连，第一蓄水罐（7）、第二蓄水罐（9）内均设有微动力提升泵（8）；第一蓄水罐（7）与分散式雨水处理器（10）相连；分散式雨水处理器（10）与所述的常温水箱（22）和产热水箱（23）相连，第二蓄水罐（9）与所述的冲厕水箱（24）相连；产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）中均安装有液位传感器（47），液位传感器（47）与PLC控制系统相连，用于控制微动力提升泵（8）的启动。
所述的组合式污水处理系统包括顺次相连的调节池（28）、固定床反应器（29）和沉淀池（30）；沉淀池（30）和调节池（28）之间用污泥回流泵（43）连接。
所述的调节池（28）、固定床反应器（29）和沉淀池（30）均采用A2/O一体化设备罐，A2/O一体化设备罐采用PE材质罐体外表面为波纹状罐壁，波纹状罐壁上水平环绕有多个凸起结构；其中固定床反应器（29）内设置采用多层叠加的中空网状塑料筒作为填料，填料下方设有聚氨酯管式曝气器（44）。
所述的产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）还与自来水管网相连，用于在雨水不足时，利用自来水进行补给。
所述的蓄电池（13）与市电系统（11）构成光电互补系统，两者并接，相互作为补充供能。
所述的复合式人工湿地系统包括串联设置的垂直流人工湿地（31）和水平流人工湿地（41），垂直流人工湿地（31）和水平流人工湿地（41）底部填料层从上到下依次为混合土层（34）、粗砂层（35）、铁渣层（36）、细石层（37）和卵石层（38），混合土层（34）上种植湿地植物（33），细石层（37）中设有发热恒温棒（40），卵石层（38）中设有穿孔曝气管（39）；水平流人工湿地（41）的出口与达标水集水井（42）相连。
一种如权利要求1所述生态公厕的污水处理方法，包括如下步骤：
1）设定雨水弃流过滤设备（6）的目标弃流雨量；
2）利用雨水收集管网收集雨水，并排入雨水弃流过滤设备（6）；同时利用雨水弃流过滤设备（6）上配备的雨量计感应降雨量，当降雨量低于目标弃流雨量时，将雨水通过排污口直接排放；当降雨量达到目标弃流雨量时，关闭排污口，将雨水进行过滤后分两路分别排入第一蓄水罐（7）和第二蓄水罐（9）；
3）将第一蓄水罐（7）中的雨水通过微动力提升泵（8）提升至的公厕顶端的分散式雨水处理器（10），采用上流式方式进行雨水处理；处理后的水排入常温水箱（22）和产热水箱（23），并利用产热棒对产热水箱（23）中的水进行升温；将第二蓄水罐（9）中的雨水通过微动力提升泵（8）排入冲厕水箱（24）；同时分别利用产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）中的液位传感器感应各自水箱内的水位高度，当水位高于预设最高高度时，关闭相应的微动力提升泵（8），断开供水；当水位低于预设最低高度时，开启相应的微动力提升泵（8），进行补水；
4）将冲厕水箱（24）中的作为真空抽污大便蹲位（19）和红外感应小便器（21）的用水，将常温水箱（22）和产热水箱（23）中的水分别作为洗拖池（26）和盥洗池（25）冷水、热水的来源；利用红外感应器（45）感应是否有人进入公厕，当有人进入时，启动换气扇（20）、LED照明灯（17）和语音提示系统（46）；当人离开时，关闭换气扇（20）、LED照明灯（17）和语音提示系统（46）；
5）当第一蓄水罐（7）和第二蓄水罐（9）中的水位低于预设水位高度时，将产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）的供水管网切换至自来水管网，利用自来水进行补给；
6）将公厕排出的污水排入组合式污水处理系统（27），首先进入该系统的调节池（28），使污水中的固体物质沉淀，漂浮杂物、固体废物被截留在调节池（28）内，澄清的污水溢流至固定床反应器（29）中，利用底部的聚氨酯管式曝气器（44）对废水进行曝气，同时利用填料表面的生物膜对污水进行处理；处理后的污水排入沉淀池（30），使污水中的污泥得到沉淀，达到泥水分离的目的，污泥回流进入调节池（28）；清水继续通过集水井（32）流入垂直流人工湿地（31）；
7）使步骤6）中的清水在垂直流人工湿地（31）中由表面纵向流至床底，在纵向流动的过程中污水依次经过混合土层（34）、粗砂层（35）、铁渣层（36）、细石层（37）和卵石层（38）后排入水平流人工湿地，并在推流过程中，利用预先埋设的穿孔曝气管进行供氧，同时，利用发热恒温棒进行保温，以进一步去除污水中的污染物；
8）将经过步骤7）处理后的污水排入达标水集水井（42），再将其排入第二蓄水罐（9）进行循环使用。
有益效果
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1）本工艺系统中雨水收集渠道增多，且洗拖和冲厕水进行不同工艺处理，基本达到盥洗和冲厕的目的。
2）设置了雨水弃流过滤装置，使得污染较严重的前期雨水从弃流口排走，雨水得到了初步的净化。
3）公厕顶部采用方形透空结构，透空部安装上光伏太阳能板作为公厕顶棚，一方面起到遮挡作用，另外一方面起到透光作用，保证公厕白天充足的光线。
4）整套光伏太阳能发电系统设置了市电并网系统，保证了整套公厕系统正常持续运行的同时，还可以利用清洁能源，达到节能减排的目的。
5）在产热水箱中设置了隔断，在其中一个隔断中安装了太阳能产热棒，使得进入盥洗间的游客可根据需求旋转水龙头按柄选择冷热水进行盥洗。
6）大便器采用了真空抽污系统，大幅度的节约了水源。
7）组合式污水处理设备罐体采用改性PE材质，加入了抗氧化剂，抗紫外线剂等添加剂，可耐各类腐蚀，并埋置于地下，减少了用地面积，另外罐体整体强度高，抗浮性能好，且单个罐体体积小质量轻，组合式安装，安装运输便捷；固定床中的填料填充率高，实现了三维流动，完全混合，氧利用效率高，挂膜时间短，寿命长，不容易堵塞；好氧罐体中管式曝气器采用聚氨酯材料，处理效果较好，能量损失减少25%，且使用寿命比较长。
8）采用了垂直流人工湿地和潜流人工湿地串联模式，占地面积较小，避免了潜流对氨氮、磷处理效果不佳，该复合人工湿地对水体的各种污染物处理效率较高，满足了出水达标排放要求。
9）达标水集水井中的水可直接进入第二蓄水罐中进行循环利用，节约了水源。
附图说明
图1是基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕的示意图；
图2是本发明的一体化公厕的示意图；
图3是本发明的组合式污水处理系统的示意图；
图4是本发明的垂直流人工湿地系统的示意图；
图5是本发明的水平流人工湿地系统的示意图；
图6是本发明的太阳能发电市电并网系统的示意图。
图中，弃流井（5）、雨水弃流过滤设备（6）、第一蓄水罐（7）、微动力提升泵（8）、第二蓄水罐（9）、分散式雨水处理器（10）、市电系统（11）、逆变器（12）、蓄电池（13）、太阳能控制器（14）、一体化公厕（15）、薄膜光伏太阳能板（16）、LED照明灯（17）、烘手机（18）、真空抽污大便蹲位（19）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、常温水箱（22）、产热水箱（23）、冲厕水箱（24）、盥洗池（25）、洗拖池（26）、组合式污水处理系统（27）、调节池（28）、固定床反应器（29）、沉淀池（30）、垂直流人工湿地（31）、集水井（32）、湿地植物（33）、混合土层（34）、粗砂层（35）、铁渣层（36）、细石层（37）、卵石层（38）、穿孔曝气管（39）、发热恒温棒（40）、水平流人工湿地（41）、达标水集水井（42）、污泥回流泵（43）、聚氨酯管式曝气器（44）、红外感应器（45）、语音提示系统（46）、液位传感器（47）、雨水收集管网（48）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1、2和6所示，一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，包括顺次相连的雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、PLC控制系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统；
一体化公厕（15）顶部设有太阳能发电供电系统，太阳能发电供电系统包括太阳能控制器（14）、逆变器（12）、蓄电池（13）和薄膜光伏太阳能板（16），公厕顶部采用方形透空结构，透空部分安装有薄膜光伏太阳能板（16），薄膜光伏太阳能板（16）通过太阳能控制器（14）与蓄电池（13）相连，蓄电池（13）与逆变器（12）相连，用于储能并为雨水过滤收集系统、PLC控制系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统供电；
薄膜光伏太阳能板（16）作为公厕顶棚，其材质为非晶硅薄膜式太阳能电池板，非晶硅薄膜式太阳能电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池，其独有的分光技术，可以将太阳光伏分段利用：紫外光和紫、靛、蓝、绿、黄光用来发电，进行光电转化，而一部分的橙光和红光透过电池板，为整个公厕提供充足的光线。当非晶硅薄膜式太阳能电池转化的电能经过太阳能控制器数字化调节后输出，输出的电能送往蓄电池存储，过量的电能经逆变器将12V、24V或48V直流电转换为220V交流电，供整个系统的能量消耗。此外，蓄电池同时与市电系统构成光电互补系统，两者并接，相互作为补充供能。当持续阴天或太阳能供给不足时，市电可对整个系统进行补给。蓄电池多余的电能也可通过并网系统进入市电。且非晶硅薄膜式太阳能电池可以利用特殊功能膜，根据公厕对温度的要求，将红外光选择性透过或反射，从而调节整个公厕内的温度。
雨水过滤收集系统用于收集可集水区域内的雨水，并对其进行过滤、处理后，作为水源，用于为公厕供水，节约资源；
组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统串联使用，用于对公厕排水进行处理；污水首先进入组合式污水处理系统，大幅度去除COD、N、P及其他污染物，在进入复合式人工湿地系统进行进一步处理后达标排放。组合式污水处理系统可采用A2O、SBR等各种成套化污水处理装置。
PLC控制系统用于对雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统进行自动化控制，各系统中需要进行自动化控制的设备和感应器均可与PLC的相应接口进行连接。
一体化公厕（15）还包括红外感应器（45）、LED照明灯（17）、烘手机（18）、真空抽污大便蹲位（19）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、常温水箱（22）、产热水箱（23）、冲厕水箱（24）、盥洗池（25）和洗拖池（26）。公厕内部安装有LED照明灯（17）、烘手机（18）、真空抽污大便蹲位（19）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、冲厕水箱（24）、盥洗池（25）和洗拖池（26）。公厕顶部安装有常温水箱（22）、产热水箱（23）和冲厕水箱（24）。产热水箱（23）中设有产热棒；盥洗池（25）的冷水、热水接口分别与常温水箱（22）、产热水箱（23）相连，洗拖池（26）的冷水、热水接口也分别与常温水箱（22）、产热水箱（23）相连，均可以自主调节水龙头的冷热开关，改变温度。冲厕水箱（24）用于给真空抽污大便蹲位（19）、红外感应小便器（21）进行供水，真空抽污大便蹲位（19）和红外感应小便器（21）与冲厕水箱（24）相连，利用未处理的雨水进行冲厕和洗涤。公厕中盥洗池25、洗拖池26、真空抽污大便蹲位19、红外感应小便器21中的污水直接排入调节池28中。蓄电池（13）经过逆变器（12）升压后作为LED照明灯（17）、烘手机（18）和红外感应小便器（21）的电源。
雨水过滤收集系统包括雨水收集管网（48）、雨水弃流过滤设备（6）、第一蓄水罐（7）、提升泵（8）、第二蓄水罐（9）和分散式雨水处理器（10），雨水收集管网（48）与雨水弃流过滤设备（6）相连。
由于初期雨水对地表冲刷，挟带着大量污染物质，所以初期雨水污染程度比较严重，处理成本相对较高，从经济角度综合考虑，把这部分初期雨水作放弃处理。雨水弃流过滤设备（6）可采用流量型雨水弃流装置，主要有流量型传感器、控制器、电动阀、信号、格栅及供电电缆及配水管路组成。以下垫面收集的雨水径流量为信号源，自动控制雨水弃流与收集状态的功能切换。操作简单，弃流精确，使用寿命长，安全稳定性好。装置配有雨量计可以感应降雨量，在降雨量达到设定值时，装置内部的电机开始工作，弃流排污方向的水管将被关闭，同时收集管方向打开，进行收集并开始对收集的雨水进行过滤。降雨结束之后，雨量计无降雨信号传输过来，PLC控制器将使雨水分流装置恢复原位，等待下一场降雨，过滤产生的垃圾在降雨结束之后，也从排污口排出。
雨水弃流过滤设备（6）设置于弃流井（5）中，并分别与第一蓄水罐（7）、第二蓄水罐（9）相连，第一蓄水罐（7）、第二蓄水罐（9）内均设有微动力提升泵（8）；第一蓄水罐（7）与分散式雨水处理器（10）相连。分散式雨水处理器（10）采用上流式方式进行雨水处理，即通过上流雨水的势能使雨水形成落差，雨水在通过处理器内部时自动进行沉淀，过滤，吸附，沉积的处理过程，可用于过滤多环芳烃、碳氢化合物、重金属如镉，锌、铜、铅以及磷酸盐和氨等污染物并将他们结合捆绑在一起，可以简单方便的特定处理这些污染物。因此高速路（停车场及道路），工业地产以及金属屋顶上的雨水可以直接在现场被处理，作为厕所的水源。
分散式雨水处理器（10）与所述的常温水箱（22）和产热水箱（23）相连，第二蓄水罐（9）与所述的冲厕水箱（24）相连；产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）中均安装有液位传感器（47），液位传感器（47）与PLC控制系统相连，用于感应水箱中的水位高度，当偏离预设范围时，控制微动力提升泵（8）的启动和关闭，以调节水箱中的水位。
如图3所示，组合式污水处理系统包括顺次相连的调节池（28）、固定床反应器（29）和沉淀池（30）；污泥回流泵（43）两端分别连接沉淀池（30）和调节池（28），用于将部分沉淀池（30）中的污泥回流至调节池（28）。
调节池（28）、固定床反应器（29）和沉淀池（30）均采用A2/O一体化设备罐，不同罐体内部按照A2/O的池体进行设计。不同罐体按照A2/O工艺的处理流程进行组装而成，并设置污泥和污水的回流管道。各个罐体均设有可打开式罐盖，便于对罐体内部结构进行检修，侧壁设有污水流动管道；A2/O一体化设备罐采用PE材质，设备罐体外表面为波纹状罐壁，波纹状罐壁上水平环绕有多个凸起结构，凸起结构具体为齿状的凸起圆环，并间隔的排列在罐体上，土壤压实后，凸起圆环镶嵌在土体内部，起到抗浮的作用。组合式污水处理设备埋设与地表下方，占地面积小，组合式安装，且安装方便、运输快捷。
调节池（28）中，污水中的固体物质沉淀到水池底部，漂浮杂物、油脂通过被截留在调节池内，调节池上部的污水溢流至下一单元。
固定床反应器（29）内设置采用多层叠加的中空网状塑料筒作为填料，填料下方设有聚氨酯管式曝气器（44）。组合式污水处理设备系统27中固定床反应罐体中29设置固定床填料，固定床填料采用中空的网状塑料筒叠加而成。网状塑料筒内部呈空心结构，筒壁由网状塑料环接而成。多个网状塑料筒竖向防止，并层层叠加，构成固定床填料，用于微生物挂膜。好氧微生物在固定床填料表面形成了一层生物膜，来降解污水中的有机物和无机物，使污水得以净化。网状塑料筒采用耐腐蚀、耐老化、耐高温的塑料制成，污水在床体内三维流动，完全混合，具有氧利用效率高，寿命长，不容易堵塞的优点，且安装时无需支架。管式曝气器的膜片材料采用聚氨酯混合体，具有不易脆化、能量损失少的优点。
沉淀池（30）底部为圆锥形，可将已经生物处理的净化水中的剩余污泥分离出来，并沉积到底部。剩余污泥通过污泥泵或者气提装置输送至调节池，沉淀池上部的清水流入排放系统。
产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）还与自来水管网相连，用于在雨水不足时，利用自来水进行补给。产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）内安装水位感应器，在雨水不足且箱体内水位过低时，向PLC控制系统发送信号，通过PLC控制自来水管道上的进水阀门，利用自来水进行补给。
如图4和5所示，复合式人工湿地系统包括串联设置的垂直流人工湿地（31）和水平流人工湿地（41）。垂直流人工湿地（31）和水平流人工湿地（41）内部填料层相同，从上到下依次为混合土层（34）、粗砂层（35）、铁渣层（36）、细石层（37）和卵石层（38），混合土层（34）上种植湿地植物（33），细石层（37）中设有发热恒温棒（40），卵石层（38）中设有穿孔曝气管（39）；水平流人工湿地（41）的出口与达标水集水井（42）相连。
一种如权利要求1所述生态公厕的污水处理方法，包括如下步骤：
1）设定雨水弃流过滤设备（6）的目标弃流雨量；
2）利用雨水收集管网收集雨水，并排入雨水弃流过滤设备（6）；同时利用雨水弃流过滤设备（6）上配备的雨量计感应降雨量，当降雨量低于目标弃流雨量时，将雨水通过排污口直接排放；当降雨量达到目标弃流雨量时，关闭排污口，将雨水进行过滤后分两路分别排入第一蓄水罐（7）和第二蓄水罐（9）；
3）将第一蓄水罐（7）中的雨水通过微动力提升泵（8）提升至的公厕顶端的分散式雨水处理器（10），采用上流式方式进行雨水处理；处理后的水排入常温水箱（22）和产热水箱（23），并利用产热棒对产热水箱（23）中的水进行升温；将第二蓄水罐（9）中的雨水通过微动力提升泵（8）排入冲厕水箱（24）；同时分别利用产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）中的液位传感器感应各自水箱内的水位高度，当水位高于预设最高高度时，关闭相应的微动力提升泵（8），断开供水；当水位低于预设最低高度时，开启相应的微动力提升泵（8），进行补水；
4）将冲厕水箱（24）中的作为真空抽污大便蹲位（19）和红外感应小便器（21）的用水，将常温水箱（22）和产热水箱（23）中的水分别作为洗拖池（26）和盥洗池（25）冷水、热水的来源；利用红外感应器（45）感应是否有人进入公厕，当有人进入时，启动换气扇（20）、LED照明灯（17）和语音提示系统（46）；当人离开时，关闭换气扇（20）、LED照明灯（17）和语音提示系统（46）；
5）当第一蓄水罐（7）和第二蓄水罐（9）中的水位低于预设水位高度时，将产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）的供水管网切换至自来水管网，利用自来水进行补给；
6）将公厕排出的污水排入组合式污水处理系统（27），首先进入该系统的调节池（28），使污水中的固体物质沉淀，漂浮杂物、固体废物被截留在调节池（28）内，澄清的污水溢流至固定床反应器（29）中，利用底部的聚氨酯管式曝气器（44）对废水进行曝气，同时利用填料表面的生物膜对污水进行处理；处理后的污水排入沉淀池（30），使污水中的污泥得到沉淀，达到泥水分离的目的，污泥回流进入调节池（28）；清水继续通过人工湿地配套的集水井（32）流入垂直流人工湿地（31）；
7）使步骤6）中的清水在垂直流人工湿地（31）中由表面纵向流至床底，在纵向流动的过程中污水依次经过混合土层（34）、粗砂层（35）、铁渣层（36）、细石层（37）和卵石层（38）后排入水平流人工湿地，并在推流过程中，利用预先埋设的穿孔曝气管进行供氧，同时，利用发热恒温棒进行保温，以进一步去除污水中的污染物；
8）将经过步骤7）处理后的污水排入达标水集水井（42），再将其排入第二蓄水罐（9）进行循环使用。
在上述所有实施方式中，雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、PLC控制系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统中的所有耗电设备均优先利用蓄电池（13）进行供电，当长期阴雨天或太阳能发电故障导致蓄电池供电不足时，可利用并接的市电系统进行补充供电。耗电设备至少包括雨水弃流过滤设备（6）、微动力提升泵（8）、分散式雨水处理器（10）、太阳能控制器（14）、LED照明灯（17）、烘手机（18）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、产热水箱（23）中的产热棒、穿孔曝气管（39）、发热恒温棒（40）、污泥回流泵（43）、聚氨酯管式曝气器（44）、红外感应器（45）、语音提示系统（46）、液位传感器（47）以及组合式污水处理系统（27）、调节池（28）、固定床反应器（29）、沉淀池（30）、垂直流人工湿地（31）、水平流人工湿地（41）中的各种污水处理设备。
PLC控制系统可根据实际接入的设备数量和控制要求选择相应的型号，液位传感器（47）、雨水弃流过滤设备（6）中的雨量计、红外感应器（45）均与PLC控制系统相连，并向其发送感应信号，而雨水弃流过滤设备（6）、微动力提升泵（8）、分散式雨水处理器（10）、LED照明灯（17）、烘手机（18）、真空抽污大便蹲位（19）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、产热水箱（23）中的产热棒、穿孔曝气管（39）、发热恒温棒（40）、污泥回流泵（43）、聚氨酯管式曝气器（44）、红外感应器（45）、语音提示系统（46）、液位传感器（47）以及组合式污水处理系统（27）、调节池（28）、固定床反应器（29）、沉淀池（30）、垂直流人工湿地（31）、水平流人工湿地（41）中的各种污水处理设备均可有PLC控制系统进行反馈控制，从而实现自动化运行。
实施例1：
按照上述所有实施方式组合成一套基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕系统。集水范围包括停车场雨水管网、民宿雨水管网、集散中心雨水管网和园区建筑雨水管网。第一蓄水罐容量为20t，第二蓄水罐容量为30t，雨水收集量较大，可供1000人次人流量使用两周以上，。将本套装置应用效果进行测试，结果表明处理效果良好，在实现自然资源循环利用的同时其出水高于一般污水处理系统，均达到国家相关标准。且施工简便，实际运行过程中运行成本较低。本实施例中，利用上述太阳能作为供能装置的组合式污水处理系统和复合人工湿地污水处理系统进行处理时，该系统进出水水质的具体参数如表1所示：
表1生态环保公厕污水处理系统进出水水质
| 指标 | COD | BOD | NH3-N | SS | TN | TP | pH |
| 进水（mg/L） | 231 | 156 | 88 | 110 | 101 | 15 | 6 |
| 出水（mg/L） | 15 | 7 | 13 | 12 | 6 | 1 | 7 |
| 去除率（%） | 93.5 | 95.5 | 85.2 | 89.1 | 94.1 | 93.3 |
值得注意的是，以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，包括顺次相连的雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、PLC控制系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统；
所述的一体化公厕（15）顶部设有太阳能发电供电系统，太阳能发电供电系统包括太阳能控制器（14）、逆变器（12）、蓄电池（13）和薄膜光伏太阳能板（16），公厕顶部采用透空结构，透空部分安装有薄膜光伏太阳能板（16），薄膜光伏太阳能板（16）通过太阳能控制器（14）与蓄电池（13）相连，蓄电池（13）用于储能并为雨水过滤收集系统、PLC控制系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统供电；
所述的雨水过滤收集系统用于收集雨水，并对其进行过滤、处理后，用于为公厕供水；
所述的组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统串联使用，用于对公厕排水进行处理；
所述的PLC控制系统用于对雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、一体化公厕（15）、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统进行自动化控制。
2.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的一体化公厕（15）还包括红外感应器（45）、LED照明灯（17）、烘手机（18）、真空抽污大便蹲位（19）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、常温水箱（22）、产热水箱（23）、冲厕水箱（24）、盥洗池（25）和洗拖池（26），公厕内部安装有LED照明灯（17）、烘手机（18）、真空抽污大便蹲位（19）、换气扇（20）、红外感应小便器（21）、冲厕水箱（24）、盥洗池（25）和洗拖池（26），公厕顶部安装有常温水箱（22）和产热水箱（23），产热水箱（23）中设有产热棒；盥洗池（25）和洗拖池（26）的冷水、热水接口分别与常温水箱（22）、产热水箱（23）相连，真空抽污大便蹲位（19）和红外感应小便器（21）与冲厕水箱（24）相连，LED照明灯（17）、烘手机（18）和红外感应小便器（21）均由蓄电池（13）进行供电。
3.如权利要求2所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的雨水过滤收集系统包括雨水收集管网（48）、雨水弃流过滤设备（6）、第一蓄水罐（7）、提升泵（8）、第二蓄水罐（9）和分散式雨水处理器（10），雨水收集管网（48）与雨水弃流过滤设备（6）相连，雨水弃流过滤设备（6）分别与第一蓄水罐（7）、第二蓄水罐（9）相连，第一蓄水罐（7）、第二蓄水罐（9）内均设有微动力提升泵（8）；第一蓄水罐（7）与分散式雨水处理器（10）相连；分散式雨水处理器（10）与所述的常温水箱（22）和产热水箱（23）相连，第二蓄水罐（9）与所述的冲厕水箱（24）相连；产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）中均安装有液位传感器（47），液位传感器（47）与PLC控制系统相连，用于控制微动力提升泵（8）的启动。
4.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的组合式污水处理系统包括顺次相连的调节池（28）、固定床反应器（29）和沉淀池（30）；沉淀池（30）和调节池（28）之间用污泥回流泵（43）连接。
5.如权利要求4所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的调节池（28）、固定床反应器（29）和沉淀池（30）均采用A2/O一体化设备罐，A2/O一体化设备罐采用PE材质罐体外表面为波纹状罐壁，波纹状罐壁上水平环绕有多个凸起结构；其中固定床反应器（29）内设置采用多层叠加的中空网状塑料筒作为填料，填料下方设有聚氨酯管式曝气器（44）。
6.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）还与自来水管网相连，用于在雨水不足时，利用自来水进行补给。
7.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的蓄电池（13）与市电系统（11）构成光电互补系统，两者并接，相互作为补充供能。
8.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的复合式人工湿地系统包括串联设置的垂直流人工湿地（31）和水平流人工湿地（41），垂直流人工湿地（31）和水平流人工湿地（41）底部填料层从上到下依次为混合土层（34）、粗砂层（35）、铁渣层（36）、细石层（37）和卵石层（38），混合土层（34）上种植湿地植物（33），细石层（37）中设有发热恒温棒（40），卵石层（38）中设有穿孔曝气管（39）；水平流人工湿地（41）的出口与达标水集水井（42）相连。
9.一种如权利要求1所述生态公厕的污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）设定雨水弃流过滤设备（6）的目标弃流雨量；
2）利用雨水收集管网收集雨水，并排入雨水弃流过滤设备（6）；同时利用雨水弃流过滤设备（6）上配备的雨量计感应降雨量，当降雨量低于目标弃流雨量时，将雨水通过排污口直接排放；当降雨量达到目标弃流雨量时，关闭排污口，将雨水进行过滤后分两路分别排入第一蓄水罐（7）和第二蓄水罐（9）；
3）将第一蓄水罐（7）中的雨水通过微动力提升泵（8）提升至的公厕顶端的分散式雨水处理器（10），采用上流式方式进行雨水处理；处理后的水排入常温水箱（22）和产热水箱（23），并利用产热棒对产热水箱（23）中的水进行升温；将第二蓄水罐（9）中的雨水通过微动力提升泵（8）排入冲厕水箱（24）；同时分别利用产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）中的液位传感器感应各自水箱内的水位高度，当水位高于预设最高高度时，关闭相应的微动力提升泵（8），断开供水；当水位低于预设最低高度时，开启相应的微动力提升泵（8），进行补水；
4）将冲厕水箱（24）中的作为真空抽污大便蹲位（19）和红外感应小便器（21）的用水，将常温水箱（22）和产热水箱（23）中的水分别作为洗拖池（26）和盥洗池（25）冷水、热水的来源；利用红外感应器（45）感应是否有人进入公厕，当有人进入时，启动换气扇（20）、LED照明灯（17）和语音提示系统（46）；当人离开时，关闭换气扇（20）、LED照明灯（17）和语音提示系统（46）；
5）当第一蓄水罐（7）和第二蓄水罐（9）中的水位低于预设水位高度时，将产热水箱（23）、常温水箱（22）和冲厕水箱（24）的供水管网切换至自来水管网，利用自来水进行补给；
6）将公厕排出的污水排入组合式污水处理系统（27），首先进入该系统的调节池（28），使污水中的固体物质沉淀，漂浮杂物、固体废物被截留在调节池（28）内，澄清的污水溢流至固定床反应器（29）中，利用底部的聚氨酯管式曝气器（44）对废水进行曝气，同时利用填料表面的生物膜对污水进行处理；处理后的污水排入沉淀池（30），使污水中的污泥得到沉淀，达到泥水分离的目的，污泥回流进入调节池（28）；清水继续通过集水井（32）流入垂直流人工湿地（31）；
7）使步骤6）中的清水在垂直流人工湿地（31）中由表面纵向流至床底，在纵向流动的过程中污水依次经过混合土层（34）、粗砂层（35）、铁渣层（36）、细石层（37）和卵石层（38）后排入水平流人工湿地，并在推流过程中，利用预先埋设的穿孔曝气管进行供氧，同时，利用发热恒温棒进行保温，以进一步去除污水中的污染物；
8）将经过步骤7）处理后的污水排入达标水集水井（42），再将其排入第二蓄水罐（9）进行循环使用。
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