自主式、PV供电的家用马桶和废水处理系统技术方案

本申请涉及自主式、PV供电的家用马桶和废水处理系统。提供了一种用于整治废水和人类废物的废水处理系统和方法是自主式的并且没有至城市废水系统的连接和至电网的连接。家用马桶和废水处理系统可以通过作为电力源的光伏板来发电。该系统包括电化学电池，该电化学电池允许废物流在几小时内被消毒至无活的细菌菌落可以被培养的情况。该系统产生适用于系统冲洗或适用于其中非饮用水是可接受的用途的液体流。该系统可以生成作为能够用于产生电力的产物的氢气。该系统可以生成用作肥料的硝酸盐、尿素、氨和磷酸盐。经消毒的残留的有机固体也被彻底消毒以用于作为农业的有机土壤改良剂的潜在用途。

Autonomous, PV-powered household toilets and wastewater treatment systems

This application relates to an autonomous, PV-powered household toilet and wastewater treatment system. A wastewater treatment system and method for treating wastewater and human wastes is provided, which is autonomous and has no connection to the municipal wastewater system or to the power grid. Household toilets and wastewater treatment systems can generate electricity through photovoltaic panels as power sources. The system includes electrochemical batteries that allow waste streams to be disinfected within hours until inactive bacterial colonies can be cultured. The system generates fluid flow suitable for system flushing or for which non-potable water is an acceptable use. The system can generate hydrogen as a product that can be used to generate electricity. The system can produce nitrate, urea, ammonia and phosphate as fertilizer. The disinfected residual organic solids are also thoroughly disinfected for potential use as agricultural organic soil amendments.

【技术实现步骤摘要】
自主式、PV供电的家用马桶和废水处理系统本申请是申请日为2013年10月08日，申请号为201380052639.8，专利技术名称为“自主式、PV供电的家用马桶和废水处理系统”的申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求在2012年10月8日提交的共同未决的美国临时专利申请序号61/710,857的优先权和权益，该申请通过引用全部并入本文。专利
本专利技术大体上涉及污水处理，并且具体地涉及一种与常规的集中污水处理系统断开的人类废物处理系统和方法。专利技术背景与常规的集中污水处理系统断开的常规的污水处理系统是污水明沟或包括人类废物的废物被沉积其中的流动或静止的水体。在第三世界的许多此类污水处理系统中，除了自然发生的那些过程，并没有采用刻意的处理。此类污水处理系统的某些问题在于疾病容易被转移到接触此类水体的任何人，并且污水能够污染并且经常确实污染了日常生活中使用的地下水补给。近年来，主要在新兴国家的环境卫生方面存在越来越大的挑战，其表现是每年超过180万五岁以下的儿童死于水传播疾病(Corcoran等人，2010)。在发展中国家，包括电网和下水道连接的社会基础设施的不足需要用于水资源管理的卫生设施是独立于化石燃料的且自主式的。此外，突出水压力增加的全球水资源模型强调了水资源管理战略的重要性在于增加水的利用率(Alcamo等人，2007)。在发达国家的市区，水处理标准已变得更加严格以提高城市的可居住性，而人口密度的局部增加往往导致废水流量超过集中污水处理设施的处理能力。现有技术中还已知的是Weres等人在1994年11月15日提交的美国专利序号5,364,508，据说该专利公开了用于生产羟自由基并且通过氧化来分解溶解于水中的化学物质的电化学法。该方法利用能够在充分正阳极电位下工作以产生羟自由基的新型电极。描述了用于氧化溶解于水中的化学物质的完整装置，并且讨论了有利于该方法的工作条件。提出了包括除草剂、杀虫剂、甲苯、甲酚和氟烷基表面活性剂的氧化的氧化反应的实施例。现有技术中还已知的是Weres等人在1995年5月30日公布的美国专利号5,419,824，据说该专利公开了一种能够在充分正阳极电位下工作以产生羟自由基并将它们释放到溶液中的新型电极以及用于生产这些电极的工艺。该专利还提供利用这些电极的电化学电池以及包括在这些电极中的新材料。电极由钛金属或钛合金构成，该电极具有包括二氧化钛并且也包括氧化铌(Ⅳ)或氧化钽(Ⅳ)的氧化物涂层，该氧化物涂层足以在必要的阳极极化下给予二氧化钛充分的导电性。描述了电极制备工艺，该工艺允许氧化物涂层中的铌或钽被还原成+4价态，并使涂层呈现非常稳定的且不可溶的结晶结构。还提供了一种用于制备铌酸铵的工艺，铌酸铵是电极制造工艺中的铌的优选源化合物。现有技术中还已知的是Weres等人在1995年8月8日公布的美国专利号5,439,577，据说该专利公开了用于生成羟自由基并且通过氧化来分解溶解于水中的化学物质的电化学水处理装置。该装置利用能够在充分正阳极电位下工作以产生羟自由基的新型电极。现有技术中还已知的是Weres在2009年2月24日公布的美国专利号7,494,583，据说该专利公开了具有阀金属基质和电催化表面成分的电极以及利用该电极的电解水净化工艺，该电催化表面成分包括掺杂有铋的二氧化钛，其中，溶解或分散于水中的有机物质以非选择性方式和良好的电流效率被氧化和降解。存在有用的而未连接到常规的集中污水处理系统的废水和固态人类废物处理设施的需求。专利技术概述根据一方面，本专利技术的特征是一种没有至城市废水处理系统的连接的自主式废水处理系统。该自主式废水处理系统包括：电化学电池，该电化学电池具有至少一个阳极和至少一个阴极，该电化学电池具有配置成接收液体形式的输入的液体输入端口、配置成输送液体形式的输出的液体输出端口以及配置成输送气体形式的输出的气体输出端口，该电化学电池具有阳极电气终端和阴极电气终端；气体积聚装置，所述气体积聚装置配置成接收和储存来自电化学电池的气体输出；液体积聚装置，所述液体积聚装置配置成接收和储存来自电化学电池的液体输出；电力源，该电力源没有至电网的连接，该电力源配置成借助于阳极电气终端和阴极电气终端向电化学电池提供电力，该电力源具有配置成接收控制信号的至少一个输入终端；至少一个输入端口，该至少一个输入端口配置成接收作为输入流的以尿液、粪便和废水中的一个或更多种形式的人为废物；存料罐，该存料罐具有至电化学电池的液体输入端口的可控输出连接，该存料罐配置成借助于液体输入端口接收来自至少一个输入端口的输入流、保存接收的输入流中的材料并且借助于液体输入端口转移如此保存的该材料的一部分用于在电化学电池中的处理；和控制器，该控制器具有配置成接收表示数据和指令中的一种或更多种的输入信号的至少一个控制器输入端口，该控制器具有配置成提供作为输出的控制信号的至少一个控制器输出端口，该控制器与电化学电池、气体积聚装置、液体积聚装置、电力源和存料罐通信并且配置成控制它们。在一个实施方式中，电化学电池是光电化学电池。在另一个实施方式中，电力源包括光伏板。在又另一个实施方式例中，电力源包括蓄电池。在还另一个实施方式中，气体积聚装置配置成储存氢气。在又一个实施方式中，自主式废水处理系统还包括配置成接收来自气体积聚装置的氢气并且向电力源供应电力的氢-空气燃料电池。在又另一个实施方式中，控制器是在记录于机器可读介质上的一组指令下工作的通用可编程计算机。在另外的实施方式中，该系统还包括配置成测量自主式废水处理系统或其部件的工作参数的测量设备。根据另一方面，本专利技术涉及一种废水处理工艺。该工艺包括步骤：提供一种没有至城市废水处理系统的连接的自主式废水处理系统的步骤，该自主式废水处理系统包括：电化学电池，该电化学电池具有至少一个阳极和至少一个阴极，该电化学电池具有配置成接收液体形式的输入的液体输入端口、配置成输送液体形式的输出的液体输出端口以及配置成输送气体形式的输出的气体输出端口，该电化学电池具有阳极电气终端和阴极电气终端；气体积聚装置，该气体积聚装置配置成接收和储存来自电化学电池的气体输出；液体积聚装置，该液体积聚装置配置成接收和储存来自电化学电池的液体输出；电力源，该电力源没有至电网的连接，该电力源配置成借助于阳极电气终端和阴极电气终端向电化学电池提供电力，该电力源具有配置成接收控制信号的至少一个输入终端；至少一个输入端口，该至少一个输入端口配置成接收作为输入流的以尿液、粪便和废水中的一种或更多种的形式的人为废物；存料罐，该存料罐具有至电化学电池的液体输入端口的可控输出连接，该存料罐配置成借助于液体输入端口接收来自至少一个输入端口的输入流、保存接收的输入流中的材料并且借助于所述液体输入端口转移如此保存的该材料的一部分用于在电化学电池中的处理；以及控制器，该控制器具有配置成接收表示数据和指令中的一种或更多种的输入信号的至少一个控制器输入端口，该控制器具有配置成提供作为输出的控制信号的至少一个控制器输出端口，该控制器与电化学电池、气体积聚装置、液体积聚装置、电力源和存料罐通信并且配置成控制它们。该工艺包括以下步骤：接收以尿液、粪便和废水中的一种或更多种的形式的人为废物；将接收的人为废物的一部分转移至电化学电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自主式废水处理系统，所述自主式废水处理系统没有至城市废水处理系统的连接，包括：控制器，其具有至少一个控制器输入端口，所述至少一个控制器输入端口用来接收表示数据和指令中的一种或多种的输入信号，以及一个控制器输出端口，所述控制器输出端口用来提供作为输出的控制信号；电化学电池，其包括至少一个阳极，至少一个阴极，液体输入端口，所述液体输入端口接收液体形式的经处理的输入，液体输出端口，所述液体输出端口输送液体形式的输出，以及气体输出端口，所述气体输出端口输送气体形式的输出，其中所述电化学电池还包括阳极电气终端和阴极电气终端，并且其中通过使用所述控制器来控制所述电化学电池的工作电压；气体储存罐，其接收和储存来自所述电化学电池的气体输出；液体存料罐，其接收和储存来自所述电化学电池的液体输出；电力源，所述电力源没有至电网的连接，其中所述电力源借助于所述阳极电气终端和所述阴极电气终端向所述电化学电池提供电力，并且其中所述电力源包括能够从所述控制器接收控制信号的至少一个输入终端；至少一个输入端口，其包括被配置成接收人为废物输入的马桶，所述人为废物包括尿液和粪便中的至少一种；以及化粪存料罐，其具有至所述电化学电池的所述液体输入端口的可控输出连接，所述化粪存料罐配置成接收来自所述马桶的输入，并通过厌氧消化处理所接收的输入，所述化粪存料罐包括沉降池，所述沉降池具有配置成从所述输入中移除固体、以向所述电化学电池的所述液体输入端口提供液体形式的经处理的输入的结构；其中所述控制器与所述电化学电池、所述气体储存罐、所述液体存料罐、所述电力源和所述化粪存料罐通信并且能够控制它们。...

【技术特征摘要】
2012.10.08 US 61/710,8571.一种自主式废水处理系统，所述自主式废水处理系统没有至城市废水处理系统的连接，包括：控制器，其具有至少一个控制器输入端口，所述至少一个控制器输入端口用来接收表示数据和指令中的一种或多种的输入信号，以及一个控制器输出端口，所述控制器输出端口用来提供作为输出的控制信号；电化学电池，其包括至少一个阳极，至少一个阴极，液体输入端口，所述液体输入端口接收液体形式的经处理的输入，液体输出端口，所述液体输出端口输送液体形式的输出，以及气体输出端口，所述气体输出端口输送气体形式的输出，其中所述电化学电池还包括阳极电气终端和阴极电气终端，并且其中通过使用所述控制器来控制所述电化学电池的工作电压；气体储存罐，其接收和储存来自所述电化学电池的气体输出；液体存料罐，其接收和储存来自所述电化学电池的液体输出；电力源，所述电力源没有至电网的连接，其中所述电力源借助于所述阳极电气终端和所述阴极电气终端向所述电化学电池提供电力，并且其中所述电力源包括能够从所述控制器接收控制信号的至少一个输入终端；至少一个输入端口，其包括被配置成接收人为废物输入的马桶，所述人为废物包括尿液和粪便中的至少一种；以及化粪存料罐，其具有至所述电化学电池的所述液体输入端口的可控输出连接，所述化粪存料罐配置成接收来自所述马桶的输入，并通过厌氧消化处理所接收的输入，所述化粪存料罐包括沉降池，所述沉降池具有配置成从所述输入中移除固体、以向所述电化学电池的所述液体输入端口提供液体形式的经处理的输入的结构；其中所述控制器与所述电化学电池、所述气体储存罐、所述液体存料罐、所述电力源和所述化粪存料罐通信并且能够控制它们。2.根据权利要求1所述的自主式废水处理系统，其中所述电化学电池是光电化学电池。3.根据权利要求1所述的自主式废水处理系统，其中所述电力源包括蓄电池。4.根据权利要求1所述的自主式废水处理系统，其中所述气体储存罐储存由所述电化学电池生成的氢气。5.根据权利要求4所述的自主式废水处理系统，还包括氢-空气燃料电池，其中所述氢-空气燃料电池接收来自所述气体储存罐的氢气并且向所述电力源供应电力。6.根据权利要求1所述的自主式废水处理系统，其中所述控制器是在记录于机器可读介质上的一组指令下工作的通用可编程计算机。7.根据权利要求1所述的自主式废水处理系统，其中所述处理系统还包括测量设备，所述测量设备测量所述自主式废水处理系统或其部件的工作参数。8.根据权利要求1所述的自主式废水处理系统，其中所述系统还包括微滤单元，所述微滤单元净化来自所述电化学电池的液体输出。9.根据权利要求1所述的自主式废水处理系统，其中所述系统还包括：冲洗水存料罐，其与所述马桶和所述液体存料罐流体连接；以及泵，其将来自所述液体存料罐的液体输出移到所述冲洗水存料罐，其中所述液体输出被储存在所述冲洗水存料罐中；其中在冲洗马桶时释放储存在所述冲洗水存料罐中的所述液体输出的至少一部分。10.根据权利要求1所述的自主式废水处理系统，其中所述马桶流体地连接到所述液体存料罐，并且能够接收储存在所述液体存料罐中的液体输出。11.一种废水处理工艺，包括以下步骤：提供根据权利要求1所述的自主式废水处理系统；将废水输入接收到所述化粪存料罐中，所述废水输入包括来自所述马桶的人为废物，其中所述人为废物包括尿液和粪便中的至少一种；通过以沉降的方式从废水移除固体并厌氧地消化废水中的所述人为废物来处理所述化粪存料罐中的废水，以产生液体形式的经处理的废水；将经处理的废水的一部分转移到所述电化学电池，使得所述经处理的废水与所述电化学电池的所述至少一个阳极和所述至少一个阴极接触；使用从所述电化学电池生成的活性氯类物质对所述经处理的废水进行消毒；以及回收所述液体存料罐中经消毒的经处理废水，和/或回收所述气体储存罐中从所述电化学电池生成的气体产物。12.根据权利要求11所述的废水处理工艺，其中所述活性氯类物质是Cl2、HOCl、ClO-、氯自由基Cl、和氯自由基Cl2中的一种或多种。13.根据权利要求11所述的废水处理工艺，其中所述气体产物是氢气。14.根据权利要求13所述的废水处理工艺，其中所述氢气在向所述电力源供应电力的氢-空气燃料电池中被消耗。15.根据权利要求11所述的废水处理工艺，其中使用从所述电化学电池生成的所述活性氯类物质对经处理的输入消毒3-4小时。16.根据权利要求11所述的废水处理工艺，其中重力流被用来将经处理的输入的所述部分从所述化粪存料罐转移到所述电化学电池。17.一种自主式废水处理系统，所述自主式废水处理系统没有至城市废水处理系统的连接，包括：控制器，其具有至少一个控制器输入端口和一个控制器输出端口，所述至少一个控制器输入端口用来接收表示数据和指令中的一种或多种的输入信号，以及所述控制器输出端口用来提供作为输出的控制信号；光电化学电池，其包括至少一个阳极、至少一个阴极、液体输入端口、液体输出端口以及气...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·R·霍夫曼，阿斯加尔·阿扬法，赵康佑，克莱门特·A·奇德，权大中，曲燕，
申请(专利权)人：加州理工学院，
类型：发明
国别省市：美国,US