一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统技术方案

本发明专利技术提供一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统，系统包括依次连通的源分离卫生器具、酸化尿液池、尿液太阳能光热蒸发装置以及与源分离卫生器具直接相连的粪便太阳能光热蒸发装置；尿液太阳能光热蒸发装置包括透明冷凝板、隔板、蒸发室、收集室，蒸发室位于透明冷凝板水平位置下方，隔板将蒸发室与收集室完全隔开，透光冷凝板覆盖在蒸发室上方并将冷凝水引导至收集室。通过本发明专利技术，源分离尿液经酸化尿液池除臭、固氮后，进入尿液太阳能光热蒸发装置，高效蒸干尿液减少尿液体积，将尿液浓缩成高浓度氮肥、磷肥实现循环利用，而蒸汽接触冷凝板变为水滴流入收集室，实现水的回用；源分离粪便经过高效的太阳能光热蒸发，实现粪便的干化。实现粪便的干化。实现粪便的干化。

【技术实现步骤摘要】
一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统


[0001]本专利技术专利涉及污水处理
，具体涉及一种利用太阳能实现源分离尿液和粪便资源化的处理系统。

技术介绍

[0002]随着经济和技术的迅猛发展，人们生活水平不断提高，对居住环境的要求也日益提高。但对于人口密度低的农村地区来说，污水收集、垃圾处理以及厕所卫生环境尚未得到有效处理，因此，解决这些问题可显著提高广大农村地区的卫生环境。
[0003]研究表明，仅占生活污水总量1
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2％的人粪尿中却含有90％以上的氮、磷，这不仅会增加污水处理的负担，还浪费了其中的营养盐资源，几乎截断了农业与人居的物质交换链，因此，将人粪尿和生活污水从源头上分离收集可大大减轻污水处理负担，降低污染物排入水体的风险。而且，经过适当的处理和处置，无水冲厕所源分离尿液和粪便中的营养元素可得到有效回收，将其作为肥料施用于农田，实现营养元素的闭合循环。
[0004]目前，实现尿液资源化的技术有高温蒸发浓缩、冷冻结晶、磷酸铵镁盐沉淀法和反渗透等，这些方法存在以下问题：耗费能源和药品、占地面积大、处理时间长、效果不好、成本高等；源分离粪便一般通过堆肥处理后用作肥料施用，存在处理时间长、占地面积较大等问题。利用太阳能光热蒸发技术处理源分离尿液和粪便，可以实现尿液和粪便的减量化及同步资源化，该技术具有耗能小、污染少、操作简单等优势。所以，设计一种利用绿色能源实现源分离尿液和粪便资源化的处理系统是推进其可持续发展的迫切需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统，该处理系统结构简单，利用太阳能高效蒸干尿液和粪便中的水分，使尿液变成高浓度的氮、磷肥循环利用，干化后的粪便回用于农田。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统，包括依次连通的源分离卫生器具、酸化尿液池、尿液太阳能光热蒸发装置，以及与源分离卫生器具直接连接的粪便太阳能光热蒸发装置；所述的酸化尿液池包括自动加药器，保持池内pH维持在4，以固氮除臭；
[0007]所述的尿液太阳能光热蒸发装置包括透明冷凝板、蒸发室、收集室、隔板、第三管道和第四管道，所述蒸发室位于所述透明冷凝板水平位置下方，所述隔板将蒸发室与收集室完全隔开，所述透光冷凝板覆盖在蒸发室上方并将冷凝水引导至收集室，收集的冷凝水通过第三管道实现冷凝回用，蒸发浓缩后的尿液成为高浓度的氮肥、磷肥从第四管道回用于农田绿地。
[0008]进一步地，所述的尿液太阳能光热蒸发装置的蒸发室由下至上依次包括水传输通道、隔热层、薄含水层和光热转换材料层；所述隔热层将使所述薄含水层和光热转换材料层漂浮于尿液表面，通过所述水传输通道的强吸水特性将尿液与器件相接并实现尿液蒸发。
[0009]进一步地，所述隔热层内设有多个上下相通的通孔，通孔内设有条状的吸水材料直接向下伸入尿液中作为引导尿液中的水向所述蒸发室表面传输的通道。粪便中的水分通过水传输通道分散到薄含水层，超亲水的薄含水层将粪便中的水分从传输通道分散到薄含水层内部并与光热转换材料层紧密接触。
[0010]进一步地，所述薄含水层采用超亲水的材料将尿液从所述水传输通道分散到所述薄含水层内部并与光热转换材料层紧密接触。
[0011]进一步地，所述隔热层的厚度为5
‑
10cm；所述隔热层的材质包括超吸水纤维纸和海绵中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述水传输通道的材质为超吸水材料，包括编织纤维、吸水纸和吸水海绵中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述光热转换材料层表面是超疏水的，避免蒸发表面盐结晶；所述光热转换材料层与所述薄含水层通过水的润湿作用以及边缘用胶水粘合在一起，尽可能减少空气对二者的紧密接触产生影响。
[0014]进一步地，所述光热转换材料层的厚度为0.1～1mm，由光热转换材料和支撑载体组成；所述光热转换材料包括碳基材料和有机高分子材料中的一种或多种；所述支撑载体包括棉布、无尘纸、滤纸和薄木片中的一种或多种。
[0015]进一步地，所述碳基材料为自炭粉、碳化生物质材料和氧化石墨烯中的一种或几种。
[0016]进一步地，所述有机高分子材料为聚吡咯和聚多巴胺中的一种或多种。本专利技术的有益效果为：
[0017]1、本专利技术提供的系统通过自流方式将源分离卫生器具的尿液和粪便分别输送至酸化尿液池和粪便太阳能光热蒸发装置中，经过酸化除臭固氮后的尿液通过注入泵输送至尿液太阳能光热蒸发装置中。在粪便太阳能光热蒸发装置中，粪便中的水分通过强吸水的传输通道输送到薄含水层，再利用黑色的光热转换材料层高效局部加热微量水，进而实现粪便的干化，干化后的粪便经过进一步的处理后回用于农田；在尿液太阳能光热蒸发装置中，隔热层使整个器件漂浮在尿液表面，减少向下的热传导，通过强吸水的水传输通道将器件连接并将尿液输送至薄含水层，强吸水的薄含水层将尿液从传输通道快速分散到薄含水层内部以及整个器件，具有较高光热转换能力的黑色光热转换材料层局部高效加热微量尿液，从而实现尿液的蒸发，蒸汽接触冷凝板成为水滴，沿倾斜的冷凝板流入收集室，收集室中的冷凝水完全满足《农田灌溉水质标准》一类以及中水回用水标准，可通过带有阀门的管道输送至农田、厕所等用水的地方，蒸发室底部的尿液蒸发浓缩为高浓度的氮肥、磷肥实现循环利用。
[0018]2、本专利技术构建了一种低成本、高效的尿液和粪便资源化的处理系统，具有以下特点：
[0019](1)蒸发速率可控，光热转换材料的蒸发性能稳定；
[0020](2)成本较低，制备方法简单，材料便宜易得；
[0021](3)一个太阳下可实现至少0.5kg
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m
‑2·
h
‑1的蒸发速率，且蒸发表面不会被污染；
[0022](4)不仅可同时实现尿液的减量化和资源化，还可以实现粪便的干化；
[0023](5)是一种绿色节能的符合可持续发展的处理系统。
[0024]3、本专利技术提供的系统可利用便宜易得的光热转换材料，如农村地区常见的木材，经过表面碳化可用于太阳能光热蒸发；而且，广大农村地区作为废弃物的秸秆可作为水传输通道，将尿液和粪便中的水分传输至蒸发位置。由此可看出，该技术操作灵活，可根据不同地区就地取材，适用性很高。
附图说明
[0025]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0026]图1为本专利技术提供的系统整体示意图；
[0027]图2为在实验室中模拟的以桐木为基底的聚吡咯光热转换材料层在1kW
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m
‑2光照强度下表面温度随时间的变化曲线图。
[0028]图3为在实验室中模拟的以棉布为基底的聚吡咯光热转换材料层在1kW
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‑2光照强度下表面温度随时间的变化曲线图。
[0029]附图标记说明：
[0030]1.源分离卫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统，其特征在于，包括依次连通的源分离卫生器具(1)、酸化尿液池(2)、尿液太阳能光热蒸发装置(3)，以及与源分离卫生器具(1)直接连接的粪便太阳能光热蒸发装置(4)；所述的酸化尿液池(2)包括自动加药器(13)，保持池内pH维持在4，以固氮除臭；所述的尿液太阳能光热蒸发装置(4)包括透明冷凝板(6)、蒸发室(7)、收集室(5)、隔板(16)、第三管道(18)和第四管道(20)，所述蒸发室(7)位于所述透明冷凝板(6)水平位置下方，所述隔板(16)将蒸发室(7)与收集室(5)完全隔开，所述透光冷凝板(6)覆盖在蒸发室(7)上方并将冷凝水引导至收集室(5)，收集的冷凝水通过第三管道(18)实现冷凝回用，蒸发浓缩后的尿液成为高浓度的氮肥、磷肥从第四管道(20)回用于农田绿地。2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统，其特征在于，所述的尿液太阳能光热蒸发装置(4)的蒸发室(7)由下至上依次包括水传输通道(8)、隔热层(9)、薄含水层(10)和光热转换材料层(11)；所述隔热层(9)将使所述薄含水层(10)和光热转换材料层(11)漂浮于尿液表面，通过所述水传输通道(8)的强吸水特性将尿液与器件相接并实现尿液蒸发。3.根据权利要求2所述的一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统，其特征在于，所述隔热层(9)内设有多个上下相通的通孔，通孔内设有条状的吸水材料直接向下伸入尿液中作为引导尿液中的水向所述蒸发室(7)表面传输的通道。4.根据权利要求2所述的一种利用太阳能实现源分离尿液与粪便资源化的处理系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪飞，张亚雷，刘洁，于振江，赖竹林，杨蕾，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：