CN114277904A - 一种清洁型抗冻微水冲厕所系统及其处理粪污的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁型抗冻微水冲厕所系统及其处理粪污的方法，清洁型抗冻微水冲厕所系统包括厕房单元，厕房单元依次连接有设在地下的粪污分离单元、基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元、絮凝沉淀单元和气水混合冲厕单元，其中厕房单元和絮凝沉淀单元分别与气水混合冲厕单元连接，粪污分离单元、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元和絮凝沉淀单元分别与粪便发酵单元相连。本发明针对北方寒冷地区的厕所系统易冻、粪污资源化程度低、粪便易发酵发臭的问题，实现粪污分离和冲厕水循环以及设施防冻和除臭。

Description

一种清洁型抗冻微水冲厕所系统及其处理粪污的方法

技术领域

本发明涉及一种厕所及其处理粪污的方法，尤其涉及一种清洁型抗冻微水冲厕所系统及其处理粪污的方法。

背景技术

当前常规的厕所存在很多弊端，比如厕所在使用后排泄物被稀释没有利用价值，造成资源浪费；常规厕所冲厕使用的是清洁水，每次冲厕会使用2-6L的清水，冲厕后的污水直接排放没有做到资源化；并且在冬季温度低的情况下，粪污的处理较为困难且处理效率低，对资源的利用率低。在我国北方高寒地区，水资源短缺水，厕房保温不到位加上水源供应不及时等原因，尤其在冬季，气温降到0℃以下时，常规厕所系统冲厕水往往被冻住，影响厕所的正常使用。

总的来说，目前常规厕所系统具有粪污资源化程度低，在北方寒冷条件下易冻、粪便发酵易产生臭味的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种集冲厕水循环、粪便资源化、冬季防冻、发酵除臭多种功能的清洁型抗冻微水冲厕所系统；本发明的另一目的是提供一种处理厕所粪污的方法。

技术方案：本发明的清洁型抗冻微水冲厕所系统，包括厕房单元，厕房单元依次连接有设在地下的粪污分离单元、基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元、絮凝沉淀单元和气水混合冲厕单元，其中厕房单元和絮凝沉淀单元分别与气水混合冲厕单元连接，粪污分离单元、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元和絮凝沉淀单元分别与粪便发酵单元相连。

进一步地，粪污分离单元包括固液分离机，所述固液分离机为斜筛式固液分离机。

进一步地，所述基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元包括多功能厌氧污泥床，所述多功能厌氧污泥床外部包裹有保温条且内部安装有第一自动加热棒。

进一步地，所述基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元包括生物接触氧化池，所述生物接触氧化池内设有用于底部曝气的罗茨鼓风机、用于微生物附着的复合填料、低温微生物菌剂箱和用于投加低温微生物菌剂的投加管。

更进一步地，所述低温微生物菌剂为枯草芽孢杆菌、假丝酵母菌和假单胞菌中的一种或多种。

进一步地，絮凝沉淀单元包括絮凝沉淀池和用于投加絮凝脱色剂的计量泵，絮凝沉淀池底部设有虹吸管，所述虹吸管用于吸取产生的絮凝沉淀并排至粪便发酵单元。

进一步地，粪便发酵单元包括发酵池，所述发酵池内设有用于搅拌均匀反应物的盖板，发酵池底部铺设辅料秸秆。

进一步地，粪便发酵单元内设有除臭单元，所述除臭单元包括连在发酵池顶部的排气弯管，所述排气弯管内投加有吸附剂，且排气弯管口朝下；所述吸入剂为活性炭和吸附性除臭剂。

进一步地，所述的气水混合冲厕冲水单元采用高压气水混合冲洗，包括清水池，设在清水池底部的紫外线消毒灯，用于向水中提供压力的高压漩涡气泵，用于将气水进行混合的气水混合器，与气水混合器连接的空压机。

另一方面，本发明的清洁型抗冻微水冲厕所系统处理粪污的方法，包括以下步骤：

(1)厕房单元排出粪污，粪污经由粪污分离单元固液分离；

(2)粪污的液体部分依次流入基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元和絮凝沉淀单元进行处理，处理后的污水进入气水混合冲厕单元消毒除菌，消毒除毒后储存在气水混合冲厕单元，为厕房单元提供用水；

(3)粪污的固体部分进入粪便发酵单元，基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元和絮凝沉淀单元将污泥排至粪便发酵单元参与发酵，发酵完成后得到固体肥料。

本发明的主要作用是实现粪污分离，冲厕水循环，各项设施的防冻以及粪便的发酵除臭。该装置将固液分离后的固体粪便储存进行堆肥发酵，实现粪便的资源化利用；分离后的冲厕水中尿液的COD、N和P的含量很高，尿液冲厕水经过多反应区实现尿液中有机物的去除，处理后的冲厕水进入清水池与清水混合从而实现冲厕水循环；为了解决防冻的问题，将整体设施中易冻的设备埋设到防冻线以下，当某些设备需要的温度条件较高时再增加自动加热棒，以保持设备能更好的运行，不易冻的设备埋设在较高位置，以此减少埋设深度；当粪便进行发酵时会产生大量恶臭，对环境造成影响，因此设置活性炭+吸附性除臭剂对臭味进行去除。此外，该专利未考虑尿液中盐分的去除，盐分会残留在冲厕水中并经过循环不断积累，从而影响污水处理的正常工作。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)提高粪污资源利用化率，由于尿液中COD、N和P的含量很高，实现清洁的冲厕循环水，则需要去除污水中的大量有机物，利用固液分离技术，将分离出的冲厕水经过多反应区的处理，去除污水中的COD等有机污染物从而完成冲厕水循环使用，适用于水资源较缺乏的地区；分离后的粪便加入一些辅料发酵制作有机肥；

(2)提高厕所的防冻性，粪污净化单元设施整体埋设于冻土线以下，厕所不使用时位于冻土线以上的管道中保持放空状态。

(3)减少臭气的扩散，降低对周围环境的污染，除臭装置对整个设备中反应产生的臭气进行去除，便池排污口设置全自动堵臭盖，防止臭气从底部溢出，可以提高厕所内空气质量。

(4)整体设备采用钢筋混凝土材质，造价低，耐久性好，不容易被腐蚀和生锈。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的厕房单元、粪污分离单元、粪便发酵单元、除臭单元结构示意图；

图3为本发明的基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元结构示意图；

图4为本发明的基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元结构示意图；

图5为本发明的絮凝沉淀单元结构示意图；

图6为本发明的气水混合冲厕单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

1、厕房单元；101、便池；102、脚踏板；103、废水管；104、全自动堵臭盖；2、粪污分离单元；201、固液分离机；202、隔间；203、排污管；204、出料口；3、基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元；301、多功能厌氧污泥床；302、排泥管；303、沼气收集灌；304、导管；305、污泥悬浮区；306、污泥床区；307、阀门；308、出水管；309、第一自动加热棒；310、保温条；311、气液固三相分离器；312、反射板；313、气室；4、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元；401、生物接触氧化池；402、输气管；403、罗茨鼓风机；404、曝气头；405、自动控制装置；406、排气管；407、低温微生物菌剂箱；408、投加管；409、复合填料；410、宽顶堰；5、絮凝沉淀单元；501、计量泵；502、加药管；503、絮凝沉淀池；504、絮凝脱色剂；505、虹吸管；506、筛孔过滤网；507、排水管；508、第二自动加热棒；6、气水混合冲厕单元；601、清水池；602、紫外线消毒灯；603、提升泵；604、冲洗管；605、高压漩涡气泵；606、挡板；607、软管；608、空压机；609、第一单向阀；610、气水混合器；611、第二单向阀；612、冲厕口；613、进水管；614、水量控制器；7、粪便发酵单元；701、发酵池；702、盖板；8、除臭单元；801、排气弯管。

如图1-6所示，一种清洁型抗冻微水冲厕所包括厕房单元1，粪污分离单元2，基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元3，基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元4，絮凝沉淀单元5，气水混合冲厕单元6，粪便发酵单元7，除臭单元8；其中除厕房单元1外均设在地下。

其中，所述的厕房单元1包括便池101和脚踏板102，脚踏板102距地面距离为10～15cm；

所述的粪污分离单元2，采用斜筛式固液分离机201对粪污进行固液分离，斜筛式固液分离机外形尺寸为1950×1300×1500mm，工作时先通过震动斜筛过滤掉主要水分，再通过螺旋挤压将过滤不掉的水分挤压，其适用于处理冲洗后的水冲粪、水泡粪等粪便固液分离。固液分离机201放置在混凝土堆砌的隔间中，隔间顶部通过废水管103与便池101连接，下部通过排污管203将分离后的污水排出，侧部开口将粪便排出从而完成固液分离；

所述的基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元3，处理装置采用密闭的圆形多功能厌氧污泥床，以钢筋混凝土为材料，其有机负荷去除率可达80％～90％，设置池容积为0.5m³，池子底部设置进水口与排污管203连接，反应器下部为污泥悬浮区305和污泥床区306，在污泥悬浮区305处设置排泥管302，排泥管302上设置阀门307，以便定期排泥；上部为气液固三相分离器311，气液固三相分离器311下部为反射板312，污水反应过程中产生的沼气接触到反射板312随后进入气室313，在气室313上部设置沼气收集灌303，沼气通过导管304导出；左侧上部设置出水管308，经过处理的污水由此排出，用多功能厌氧污泥床去除冲厕水中大部分含碳有机物作为预处理，反应器在低温20℃左右可以稳定运行，因此在反应器中安置第一自动加热棒309，使反应可以更好的进行；

所述的基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元4，设置生物接触氧化池401进行冲厕水的深化处理，池容设置为0.5m³，池形设计为矩形，厌氧反应器处理后的冲厕水从出水管308流进生物接触氧化池401顶部，在外部设置罗茨鼓风机403，通过生物接触氧化池401底部的曝气头404进行曝气，在罗茨鼓风机403和生物接触氧化池401中间设置自动控制装置405通过输气管402进行间歇曝气，生物接触氧化池401是活性污泥法和生物膜法的组合，同时具有厌氧、兼氧和好氧反应分区，从而可以去除冲厕水中残余的含碳有机物和氮、磷等物质；顶部设置排气管406将反应产物氮气排出；生物接触好氧池16适应的各种微生物反应的水温为10～35℃，冬季气温低，投加普通的微生物菌剂处理效率低，在池上部放置低温微生物菌剂箱407，投加管408与低温微生物菌剂箱407连接，用以向生物接触氧化池401内投加低温微生物菌剂；池中投加用于微生物附着的复合填料409，如焦炭、砾石、塑料蜂窝；生物接触氧化池401的冲厕水采用宽顶堰410溢出；

所述的絮凝沉淀单元5，絮凝沉淀池503池容积与生物接触氧化池401池容积为1：1，生物接触氧化池401宽顶堰410排出的水中颗粒物含量和色度较高需要进一步处理。在上部设置计量泵501，加药管502与计量泵501相连，用以向絮凝沉淀池503中投加絮凝脱色剂504，絮凝脱色剂504是一种集脱色、絮凝等多功能于一体的季胺型阳离子高分子化合物，产生的絮凝体通过底部的虹吸管505排出，絮凝剂发挥最好作用的水温为20～30℃，底部设置第二自动加热棒508以维持池内的最适宜水温；上部设置规格为50目的筛孔过滤网506进行过滤，过滤后的水通过排水管507排至清水池601；

所述的气水混合冲厕单元6，设置清水池容积3m³，在设备开始运行前，将清水池601装满清水，随后的运行过程中清水不再进行补给；设备使用过程中絮凝沉淀池503的水由排水管507排入清水池601，在清水池601底部设有紫外线消毒灯602，可杀死循环水中的细菌和病毒。为了能使冻土线以下的水提升至地面以上，在清水池601顶部设有提升泵603；在室外的地面上设置高压漩涡气泵605，高压漩涡气泵605顶上部用挡板606进行遮挡，防止雨天时雨水对气泵造成损坏，高压漩涡气泵605的排气口连接软管607的起端，软管607的末端放置在清水池的水面以下，由此向水中增压，在管道上设置第一单向阀609防止气体倒流；在高压漩涡气泵605的一侧设置空压机608，空压机608出口端连接气水混合器610的进气端，两者连接的管道上设置第二单向阀611；提升泵603的出水端连接气水混合器610的进水端，气水混合器610的出口端连接至冲厕口612；进水管613上安装水量控制器614，控制每次提升泵603提升水量为0.5～0.6L，此装置可以实现高压气水混合液冲洗厕所，从而减少冲洗水的使用量，从而实现微水冲。

所述的粪便发酵单元7，在发酵池701底部铺设辅料秸秆，固液分离机201分离出的固体肥料以及基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元3和絮凝沉淀单元5排出的固体残渣与辅料混合进行发酵，制备有机肥；在地面上开口设置盖板702，方便工作人员的清掏以及维修工作；

所述的除臭单元8，由排气弯管801、颗粒活性炭、除臭剂组成，发酵池701发酵产生大量氨气，在发酵池701顶部开口连接直径200mm的排气弯管801，臭气通过压差从排气弯管801将臭气排出，排气弯管中放置粒径为0.5mm颗粒活性炭进行臭气吸附，并且向池中投加吸附性除臭剂强化除臭；在便池101排污口上设置全自动堵臭盖104，防止臭气从底部溢出，可以提高厕所内空气质量，且对周围环境无污染影响。

本发明的处理粪污的方法，包括以下步骤：

(1)厕房单元排出粪污，粪污经由粪污分离单元固液分离；

具体的冲厕方法和粪污分离方法：其中冲厕方法包括控制高压漩涡气泵605每30min向清水池601中提供压力，每2h运行一次；当用户使用完便池101后，踩动脚踏板102启动冲水，此时水量控制器614控制提升泵603提升0.5～0.6L的水量，进入气水混合器610的进水口，空压机608向气水混合器610提供气体，高压水和气体在气水混合器610进行混合，形成气水混合液从而形成高压冲水，气水混合液通过冲厕口612进入便池进行高压气水混合冲洗，此时全自动堵臭盖104进口打开，粪污冲入下方固液分离机201中，冲厕完成后，全自动堵臭盖104开口随即关闭；

粪污分离方法包括采用筛孔尺寸为10目的斜筛式固液分离机201，废水管103排出的固液混合物进入到斜筛式固液分离机201中，粪便经过振动筛网将粪便里的污水和粪便进行初步分离，经过初步分离的粪便再进入螺旋叶片进行第二次固液分离，分离后的固体粪便由出料口204排入发酵池701中，在出料口204处调节粪便的含水率为50％，方便后续的粪便发酵过程；分离后的尿液和冲厕水通过排污管203进入基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元3，为了减少能源的浪费和设备的使用频率，设置固液分离机一天运行一次，一次运行20min；

(2)粪污的液体部分依次流入基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水深化处理单元和絮凝沉淀单元进行处理，处理后的污水进入气水混合冲厕单元杀毒，杀毒后储存在气水混合冲厕单元，为厕房单元提供用水。

具体涉及的污水处理方法包括污水的预处理、污水的深化处理以及污水的絮凝沉淀处理方法；

其中基于无氧生化降解工艺的污水预处理采用多功能厌氧污泥床，排污管203中的污水从厌氧池底部进入，待处理的污水与反应器下部的污泥悬浮区305和污泥床区306进行混合接触，有机物被厌氧微生物分解为沼气；之后水、沼气与污泥混合液流至上部的气液固三相分离器311，沼气接触到反射板312时分散至反射板312四周，随后进入到上部的气室313，沼气由导管304从气室313导流至沼气收集灌303中进行收集；水和污泥混合液经过反射进入气液固三相分离器311的沉淀区，污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，利用重力作用沉降至污泥区使污泥区积累大量的污泥，与污泥分离后的处理水从左侧的出水管308排出；污泥悬浮区305的污泥通过右侧的排泥管302排出，排泥管302上设置阀门307，以便定期排泥，周排泥一般为1～2次；厌氧反应在常温20℃左右可以稳定运行，为使反应可以更好的进行；在反应器中安置第一自动加热棒309，在反应器外部包裹保温条310，将加热温度调至20℃以维持反应的正常运行，多功能厌氧污泥床的处理经过水解、发酵、产酸产气步骤，可去除污水中70～90％的COD；

基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理为厌氧反应器处理后的冲厕水由出水管308从生物接触氧化池401上部流进，池中投加用于微生物附着的复合填料409，填料被水浸没，罗茨鼓风机403通过生物接触氧化池401底部的曝气头404向填料底部曝气充氧，空气自上而下夹带待处理的污水通过填料，随后空气从水表面溢出，由顶部的排气管406排至发酵池701，污水在填料间自上而下返回到池底；为了在生物接触氧化池401中实现脱氮除磷，设置自动控制装置405使罗茨鼓风机403进行间歇曝气，间歇时间为曝气1h，停止2h，产生厌氧、兼氧和好氧反应分区，实现污水的硝化和反硝化反应，从而去除污水中残余的含碳有机物和氮、磷等物质，反硝化反应产生氮气由排气管406排出；低温微生物菌剂箱407通过投加管408向生物接触氧化池401内投加低温微生物菌剂；菌剂可选择枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis subsp.)、假丝酵母菌(Candida sp.)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)，其投加量为1：1：1,投加频率为15～20d投加一次，处理后的水通过宽顶堰410溢出；

絮凝沉淀处理中，将生物接触氧化池401与絮凝沉淀池503合建，经过生物接触氧化池401处理的水从宽顶堰410溢出至絮凝沉淀池503中，排出的水中悬浮颗粒物含量较高，颜色呈淡黄色，通过计量泵501向絮凝沉淀池503中投加絮凝脱色剂504，絮凝脱色剂504既可以脱色又可以去除悬浮颗粒物，产生的絮凝体通过底部的虹吸管505排至发酵池701中参与粪便的发酵，池中第二自动加热棒508的温度设置为絮凝剂发挥最好作用的水温20～30℃；处理后的水通过规格为50目的筛孔过滤网506进行过滤，过滤后的水通过排水管507排至清水池601；清水池601底部的紫外线消毒灯602将循环水中的细菌和病毒杀死。

(3)粪污的固体部分流入粪便发酵单元，基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元和絮凝沉淀单元将污泥排至粪便发酵单元参与发酵，发酵完成后得到固体肥料。

具体的，设备运行之前在发酵池701底部铺设辅料秸秆，设备运行过程中固液分离机201分离出的固体肥料、多功能厌氧污泥床301中由排泥管302排出的污泥以及絮凝沉淀池503由虹吸管505排出的污泥与辅料混合进行发酵制备有机肥；，工作人员可以通过盖板702对混合物每周进行一次搅拌，搅拌时长为10min，一般发酵10～15d，混合堆颜色变为深褐色时发酵完毕；发酵池701在发酵过程中产生大量氨气，内部压力大，由于压力差臭气可以通过顶部的排气弯管801排出，排气弯管开口朝下，防止雨水进入发酵池701从而影响粪便的发酵过程，臭气排出过程中通过粒径为0.5mm颗粒活性炭进行臭气吸附，并且向池中投加吸附性除臭剂强化除臭，提高厕所空气质量，且对周围环境无污染影响。

Claims (10)

1.一种清洁型抗冻微水冲厕所系统，包括厕房单元(1)，其特征在于，厕房单元(1)依次连接有设在地下的粪污分离单元(2)、基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元(3)、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元(4)、絮凝沉淀单元(5)和气水混合冲厕单元(6)，其中厕房单元(1)和絮凝沉淀单元(5)分别与气水混合冲厕单元(6)连接，粪污分离单元(2)、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元(4)和絮凝沉淀单元(5)分别与粪便发酵单元(7)相连。

2.根据权利要求1所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统，其特征在于，粪污分离单元(2)包括固液分离机(201)，所述固液分离机(201)为斜筛式固液分离机。

3.根据权利要求1所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统，其特征在于，所述基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元(3)包括多功能厌氧污泥床(301)，所述多功能厌氧污泥床(301)外部包裹有保温条(310)且内部安装有第一自动加热棒(309)。

4.根据权利要求1所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统，其特征在于，所述基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元(4)包括生物接触氧化池(401)，所述生物接触氧化池(401)内设有用于底部曝气的罗茨鼓风机(403)、用于微生物附着的复合填料(409)、低温微生物菌剂箱(407)和用于投加低温微生物菌剂的投加管(408)。

5.根据权利要求4所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统，其特征在于，所述低温微生物菌剂为枯草芽孢杆菌、假丝酵母菌和假单胞菌中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统，其特征在于，絮凝沉淀单元(5)包括絮凝沉淀池(503)和用于投加絮凝脱色剂(504)的计量泵(501)，絮凝沉淀池(503)底部设有虹吸管(505)，所述虹吸管(505)用于吸取产生的絮凝沉淀并排至粪便发酵单元(7)。

7.根据权利要求1所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统，其特征在于，粪便发酵单元(7)包括发酵池(701)，所述发酵池(701)内设有用于搅拌均匀反应物的盖板(702)，发酵池(701)底部铺设辅料秸秆。

8.根据权利要求1所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统，其特征在于，粪便发酵单元(7)内设有除臭单元(8)，所述除臭单元(8)包括连在发酵池(701)顶部的排气弯管(801)，所述排气弯管(801)内投加有吸附剂，且排气弯管(801)口朝下。

9.根据权利要求1所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统，其特征在于，所述的气水混合冲厕单元(6)采用高压气水混合冲洗，包括清水池(601)，设在清水池(601)底部的紫外线消毒灯(602)，用于向水中提供压力的高压漩涡气泵(605)，用于将气水进行混合的气水混合器(610)，与气水混合器(610)连接的空压机(608)。

10.一种利用根据权利要求1-9任一所述的清洁型抗冻微水冲厕所系统处理粪污的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)厕房单元排出粪污，粪污经由粪污分离单元固液分离；

(2)粪污的液体部分依次流入基于无氧生化降解工艺的污水预处理单元、基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元和絮凝沉淀单元进行处理，处理后的污水进入气水混合冲厕单元消毒除菌，消毒除菌后储存在气水混合冲厕单元，为厕房单元提供用水；

(3)粪污的固体部分进入粪便发酵单元，基于多反应区曝气和生物膜组合工艺的污水主体处理单元和絮凝沉淀单元将污泥排至粪便发酵单元参与发酵，发酵完成后得到固体肥料。

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