CN105733620A - 一种厕所废水处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于废水处理技术领域的一种厕所废水处理工艺。所述工艺为：厕所废水首先经过厕所便器，然后利用摩擦纳米发电机带动气冲单元将厕所废水冲入排水管道，最后利用地下厕所处理中心对废水进行处理。所述工艺以节能减排为准则，对厕所排出的污染物进行处理，对能源和资源加以回收利用，实现在人口密集的城市社区建立粪便无害化、无污染物排放，物质再利用，同时无需外接水管、下水道或供电电网的厕所处理中心。

Description

一种厕所废水处理工艺
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种厕所废水处理工艺。
背景技术
水是人类生命之源，生存之本。随着工农业生产的发展，水环境问题变得越来越严重，水质问题已经严重影响了我们人类的正常生活，厕所排出的污水处理问题也逐渐受到重视。大部分厕所污水的处理效率很低，尤其在中国农村村落集镇，绝大多数厕所污水不经过任何处理，直接排放到水体中，使农村河流普遍遭到污染，还严重威胁到地下水，甚至有的浅层地下水已经遭到污染，不能取用。
发达国家使用的厕所、下水道和废水处理***需要大量的土地、能源和水源，而且其建设和维护成本非常昂贵。成本较低的现有替代方案或缺乏实用性，或无法排除臭味且会吸引蚊虫，往往得不到用户的认可。因此，急需研究和开发先进的工艺与设备，寻找有效的厕所污水处理工艺，以在人口密集的城市社区实现粪便无害化、无污染物排放，物质再利用(包括生产清洁再生水、肥料、能源等)，同时无需外接水管、下水道或供电电网。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种厕所废水处理工艺，具体技术方案如下：
一种厕所废水处理工艺，厕所废水首先经过厕所便器，然后利用摩擦纳米发电机带动气冲单元将厕所废水冲入排水管道，最后利用地下厕所处理中心对废水进行处理。
所述厕所便器的内表面先涂上PE、PTE或EVA材质的双面胶，再涂上有机硅、有机氟或十六烷疏水涂料，形成类似三明治的结构，使厕所便器不沾污，同时在厕所便器的外壁涂上一层纳米银涂料，使厕所便器不会滋生细菌。
所述的摩擦纳米发电机采用镀有银电极或金电极的高分子聚二甲基硅氧烷薄膜作为接触面，与厕所便器的储水槽入水口的水面之间不断发生接触和分离，同时通过聚二甲基硅氧烷背面的银电极或金电极和水中的金属极板作为正负极向外电路输出电压。
所述摩擦纳米发电机的输出电压为0-5V，单个气冲单元由1-10个摩擦纳米发电机供电。
所述的地下厕所处理中心包括分类收集单元和处理单元；
所述分类收集单元对厕所废水进行二级三类的分类；第一级采用4-150目的格栅，格栅有1-6层，分离厕纸及4-150目以上的大颗粒物，未通过格栅的称为第一类固体；第二级采用微滤，滤膜孔径为0.1-1μm，对0.1μm以上的菌体、悬浮固体进行分离，微滤的动力由太阳能提供，通过二级微滤的称为第三类滤液；能通过格栅但未通过微滤的称为第二类悬浮液；
所述处理单元分为三级，第一级对第一类固体进行干化处理，第二级对第二类悬浮液进行厌氧氧化处理，第三级对第三类滤液进行膜蒸馏处理或超滤处理。
所述处理单元的具体操作为：
(1)第一级干化处理：由太阳能供电的压缩除水机将第一类固体中70-90％的水分压除，沼气燃烧产生的热量对第一类固体中剩余的水分进行脱除；脱除水分后的固体，由太阳能供电的马弗炉在300-500℃的沼气氛围下烧制成生物炭，烧制过程中产生的热量用于剩余水分的脱除；
(2)第二级厌氧氧化处理：将第二类悬浮液在挂载活性污泥的反应池中厌氧闷曝10-72h，得到的沼气由太阳能供电的气体压缩机压缩收集于储气罐中备用；
(3)第三级膜蒸馏处理或超滤处理：膜蒸馏处理以PTFE超疏水微孔膜为介质，在微孔膜两侧蒸汽压差的作用下，将第三类滤液中的挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔实现分离，得到的澄清液在240-280nm的紫外光照下消毒，获得直饮水；
超滤处理采用附着有生物炭的中空卷式超滤膜，对第三类滤液进行超滤，得到的中水在240-280nm的紫外光照下进行消毒后，回用到厕所便器用于冲厕或作为社区的景观用水；所述的生物炭为将第一级干化处理中获得的生物炭在240-280nm的紫外光照下进行消毒后获得。
步骤(1)所述的沼气由步骤(2)中收集于储气罐中备用的沼气提供。
步骤(2)中所述的活性污泥是通过产甲烷菌作为菌剂在厌氧反应池中形成的。
步骤(3)中所述澄清液或中水采用紫外光照进行消毒的方式为：在圆柱形的钢管中间放置紫外灯源，由太阳能供电，使澄清液或中水从紫外灯源和圆柱形刚管中间的缝隙流过，无需消耗氯气或臭氧。
所述的太阳能由社区楼顶上铺设的硅板太阳能电池、染料光敏太阳能电池或有机薄膜太阳能电池进行收集。
本发明的有益效果为：
1、采用纳米超疏水界面材料制成超疏水涂膜，使厕所便器具有不沾污能力，防止尿垢生成，从根本上减少洁厕剂的使用。
2、采用摩擦纳米发电机和气冲的冲厕方式，耗电量远低于其他用电的厕所***，耗水量远低于常规的水冲厕方式，兼具无水冲便器优点和水冲便器的舒适卫生性能。
3、PTFE超疏水微孔膜的使用寿命长，蒸馏得到的澄清液消毒后可以直接饮用，而膜蒸馏另一侧的浓水可以进一步加工成肥料对地上的绿色景观施肥。
4、以中空卷式超滤膜为基础，将第一级干化处理中得到的生物炭在紫外光照下消毒后附着在中空卷式超滤膜上的金属网上，既可以使超滤膜的吸附面积大幅提高，同时也能够提高其吸附性能。
5、在城市地下建立厕所处理中心，可以减少用地，同时无需将厕所废水排放至下水道，无需使用供电电网的电。
附图说明
图1为本发明所述厕所废水处理工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，图1为所述厕所废水处理工艺的流程图，本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
厕所废水首先经过涂有由PE纳米超疏水界面材料制成的超疏水涂膜的厕所便器，然后8个利用镀有银电极的高分子聚二甲基硅氧烷薄膜作为接触面的摩擦纳米发电机带动气冲单元将厕所废水冲入排水管道，在地下厕所处理中心对厕所废水进行分类收集和三级处理。
第一级处理为干化处理，采用4目的格栅，分离出厕纸及大颗粒物，得到第一类固体，然后对收集到的第一类固体通过由太阳能供电的压缩除水机和沼气燃烧产出的热量进行干化处理，干化处理后的固体体积压缩了70％，最后将得到的固体用由太阳能供电的马弗炉在400℃的沼气氛围下烧制成生物炭并产生热量，产生的热量对剩余水分的脱除做贡献；
第二级处理为厌氧氧化处理，将通过4目格栅的第二类悬浮液通入到挂载了产甲烷菌的活性污泥的反应池中厌氧闷曝10h，得到沼气20m3/d；
第三级处理为超滤处理，将厌氧闷曝后的第二类悬浮液经过滤膜孔径为1μm的微滤膜，滤除菌体和悬浮固体，得到第三类滤液；然后对第三类滤液采用附着有生物碳的中空卷式超滤膜进行超滤，得到的中水在240nm的紫外光照下进行消毒后，回用到厕所便器用于冲厕；
在社区的楼顶上铺设硅板太阳能电池为地下厕所处理中心供电，并用硫掺杂石墨烯电化学传感器对水中的挥发性有机物进行检测。
该实施例的工艺流程适用于人口数量密集、每天产生粪尿很多的社区，特点是处理速度快，缺点是不能将水彻底处理成洁净水。
实施例2
厕所废水首先经过涂有由PTE纳米超疏水界面材料制成的超疏水涂膜的厕所便器，利用5个镀有银电极的高分子聚二甲基硅氧烷薄膜作为接触面摩擦纳米发电机带动气冲单元将厕所废水冲入排水管道，在地下厕所处理中心对厕所废水进行分类收集和三级处理。
第一级处理为干化处理，采用50目的格栅，分离出厕纸及大颗粒物，得到第一类固体，然后对收集到的第一类固体通过由太阳能供电的压缩除水机和沼气燃烧产出的热量进行干化处理，干化处理后的固体体积压缩了80％，最后将得到的固体用由太阳能供电的马弗炉在300℃的沼气氛围下烧制成生物炭并产生热量，产生的热量对剩余水分的脱除做贡献；
第二级处理为厌氧氧化处理，将通过50目格栅的第二类悬浮液通入到挂载了产甲烷菌的活性污泥的反应池中厌氧闷曝24h，得到沼气30m3/d；
第三级处理为超滤处理，将厌氧闷曝后的第二类悬浮液经过滤膜孔径为0.1μm的微滤膜，滤除菌体和悬浮固体，得到第三类滤液；然后对第三类滤液采用附着有生物碳的中空卷式超滤膜进行超滤，得到的中水在240nm的紫外光照下进行消毒后，作为社区的景观用水；
在社区的楼顶铺设光敏燃料太阳能电池为地下厕所处理中心供电，并用硼掺杂石墨烯电化学传感器对水中的难降解有机物进行检测。
该实施例的工艺适用于人口数量适中、每天产生粪尿较多的社区，特点是处理速度较快，缺点是处理水量不大。
实施例3
厕所废水首先经过涂有由EVA纳米超疏水界面材料制成的超疏水涂膜的厕所便器，利用3个镀有金电极的高分子聚二甲基硅氧烷薄膜作为接触面摩擦纳米发电机带动气冲单元将厕所废水冲入排水管道，在地下厕所处理中心对厕所废水进行分类收集和三级处理。
第一级处理为干化处理，采用150目的格栅，分离出厕纸及大颗粒物，称为第一类固体，然后对收集到的第一类固体通过由太阳能供电的压缩除水机和沼气燃烧产出的热量进行干化处理，干化处理后的固体体积压缩了90％，最后将得到的固体用由太阳能供电的马弗炉在500℃的沼气氛围下烧制成生物炭并产生热量，产生的热量对剩余水分的脱除做贡献；
第二级处理为厌氧氧化处理，将通过150目格栅的第二类悬浮液通入到挂载了产甲烷菌的活性污泥的反应池中厌氧闷曝72h，得到沼气80m3/d；
第三级处理为膜蒸馏处理，将厌氧闷曝后的第二类悬浮液经过滤膜孔径为1μm的微滤膜，滤除菌体和悬浮固体，得到第三类滤液；然后对第三类滤液采用PTFE超疏水微孔膜进行膜蒸馏，得到的澄清液在240nm的紫外光照下进行杀菌消毒后可以作为直饮水；
在社区的楼顶铺设有机薄膜太阳能电池为地下厕所处理中心供电，并用氮掺杂石墨烯电化学传感器对水中的痕量重金属进行检测。
该实施例的工艺适用于人口数量很少、每天产生粪尿很少的高档社区，特点是处理效果非常好，缺点是处理速度很慢。

Claims (10)

1.一种厕所废水处理工艺，其特征在于，厕所废水首先经过厕所便器，然后利用摩擦纳米发电机带动气冲单元将厕所废水冲入排水管道，最后利用地下厕所处理中心对废水进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，所述厕所便器的内表面先涂上PE、PTE或EVA材质的双面胶，再涂上有机硅、有机氟或十六烷疏水涂料，同时在厕所便器的外壁涂上一层纳米银涂料。
3.根据权利要求1所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，所述的摩擦纳米发电机采用镀有银电极或金电极的高分子聚二甲基硅氧烷薄膜作为接触面。
4.根据权利要求1所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，所述摩擦纳米发电机的输出电压为0-5V，单个气冲单元由1-10个摩擦纳米发电机供电。
5.根据权利要求1所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，所述的地下厕所处理中心包括分类收集单元和处理单元；
所述分类收集单元对厕所废水进行二级三类的分类；第一级采用4-150目的格栅，格栅有1-6层，分离厕纸及4-150目以上的大颗粒物，未通过格栅的称为第一类固体；第二级采用微滤，滤膜孔径为0.1-1μm，对0.1μm以上的菌体、悬浮固体进行分离，微滤的动力由太阳能提供，通过二级微滤的称为第三类滤液；能通过格栅但未通过微滤的称为第二类悬浮液；
所述处理单元分为三级，第一级对第一类固体进行干化处理，第二级对第二类悬浮液进行厌氧氧化处理，第三级对第三类滤液进行膜蒸馏处理或超滤处理。
6.根据权利要求5所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，所述处理单元的具体操作为：
(1)第一级干化处理：由太阳能供电的压缩除水机将第一类固体中70-90％的水分压除，沼气燃烧产生的热量对第一类固体中剩余的水分进行脱除；脱除水分后的固体，由太阳能供电的马弗炉在300-500℃的沼气氛围下烧制成生物炭，烧制过程中产生的热量用于剩余水分的脱除；
(2)第二级厌氧氧化处理：将第二类悬浮液在挂载活性污泥的反应池中厌氧闷曝10-72h，得到的沼气由太阳能供电的气体压缩机压缩收集于储气罐中备用；
(3)第三级膜蒸馏处理或超滤处理：膜蒸馏处理以PTFE超疏水微孔膜为介质，在微孔膜两侧蒸汽压差的作用下，将第三类滤液中的挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔实现分离，得到的澄清液在240-280nm的紫外光照下消毒，获得直饮水；
超滤处理采用附着有生物炭的中空卷式超滤膜，对第三类滤液进行超滤，得到的中水在240-280nm的紫外光照下进行消毒后，回用到厕所便器用于冲厕或作为社区的景观用水；所述的生物炭为将第一级干化处理中获得的生物炭在240-280nm的紫外光照下进行消毒后获得。
7.根据权利要求6所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，步骤(1)所述的沼气由步骤(2)中收集于储气罐中备用的沼气提供。
8.根据权利要求6所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的活性污泥是通过产甲烷菌作为菌剂在厌氧反应池中形成的。
9.根据权利要求6所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，步骤(3)中所述澄清液或中水采用紫外光照进行消毒的方式为：在圆柱形的钢管中间放置紫外灯源，由太阳能供电，使澄清液或中水从紫外灯源和圆柱形刚管中间的缝隙流过。
10.根据权利要求5、6或9中所述的一种厕所废水处理工艺，其特征在于，所述的太阳能由社区楼顶上铺设的硅板太阳能电池、染料光敏太阳能电池或有机薄膜太阳能电池进行收集。
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