一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法 技术领域 本发明主要涉及农业环境工程技术领域， 是一种尿液自动分离收集并资源化的装 置及方法， 可实现尿液和便后尿液冲洗水的自动分离收集， 减轻灰水负荷， 且能实现尿液中 N、 P 等营养物质的资源化利用。
背景技术
尿液中 N、 P、 COD 含量分别占生活污水总量的 87％、 50％、 12％。尿液的直接排放 不仅增大了后续灰水处理负荷， 而且还造成 N、 P 等营养物质的损失。
当前， 针对尿液的处理方式主要有 ：
1、 尿液、 大便以及冲洗水一起进入城镇污水管道， 在污水处理厂当作黑水来处理。 该方法主要有两个缺点 ：
第一、 黑水的有机负荷和病原菌负荷均较高， 与灰水混合后增加了污水处理的难 度和成本， 也使得黑水中的营养物质难以回收资源化 ；
第二、 上述技术仍停留在对污水的污染控制层面上， 未实现生活污水中营养物质 的资源化利用以及出水循环回用。
2、 将尿液进行收集， 储存一定时间后直接作为肥料。这种方法虽然实现了部分营 养物质的资源化利用， 降低了环境污染， 但缺点在于没有将尿液和尿液冲洗水分离开来， 这 样会导致尿液中营养成分的回收利用效率较低。
因此， 亟需开发一种可实现尿液自动分离收集并资源化的装置和方法。 发明内容 本发明的目的在于提供一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法， 以减轻生 活污水的污染程度， 降低污水处理成本， 并且实现 N、 P 等营养物质的资源化利用。
为达到上述目的， 本发明的技术解决方案是 ：
一种尿液自动分离收集并资源化的方法， 其特征在于， 包括步骤 ：
1) 设置尿水自动分离式小便器 ；
2) 在尿水自动分离式小便器的尿水出口处， 设置尿液收集管路和便后冲洗水排放 管路 ；
3) 在尿液收集管路中顺序设置储尿箱、 加药搅拌装置、 沉淀与上清液分离装置 ；
4) 在 3) 步的沉淀经处理后作为肥料使用 ；
5) 在 3) 步的尿液冲洗水和上清液进入灰水处理系统。
所述的尿液自动分离收集并资源化的方法， 其所述 1) 步中的尿水， 为尿液和冲洗 水。
所述的尿液自动分离收集并资源化的方法， 其所述 5) 步中的灰水处理系统， 采用 “灰水 - 预处理 - 土地处理系统 - 出水 - 回用” 的工艺流程。
一种尿液自动分离收集并资源化的装置， 其包括小便器、 管路、 储尿箱、 加药搅拌
装置、 沉淀与上清液分离装置、 灰水处理系统、 自动控制装置， 其中， 小便器带有尿水自动分 离系统， 尿水自动分离系统由自动控制装置控制 ； 小便器排出口接有两条管路 ： 尿液收集 管路和便后冲洗水排放管路 ；
尿液收集管路下游顺序连通储尿箱、 加药搅拌装置、 沉淀与上清液分离装置， 沉淀 与上清液分离装置排出口与灰水处理系统相通连， 灰水处理系统出口接湿地或蓄水塘。
所述的尿液自动分离收集并资源化的装置， 其所述加药搅拌装置、 沉淀与上清液 分离装置各自带有自动控制装置 ； 加药搅拌的自动控制装置， 使添加药品及搅拌自动化， 使 其充分接触反应 ； 沉淀与上清液的自动分离装置 ： 实现沉淀 ( 鸟粪石 ) 与上清液的自动分 离； 其沉淀池中的沉淀物进行简单脱水处理后， 即可作为肥料， 上清液和尿液冲洗水则作为 灰水进入灰水处理系统。
所述的尿液自动分离收集并资源化的装置， 其所述管路， 为管径 50mm 的 PVC 管。
所述的尿液自动分离收集并资源化的装置， 其所述储尿箱为 D1500mm*H1500mm 的 圆柱形塑料桶 ； 加药搅拌装置的搅拌器为 ESJ-2000 型搅拌器 ； 沉淀与上清液分离装置的真 空泵为 ZCTB75OA 型真空泵。
所述的尿液自动分离收集并资源化的装置， 其所述添加的药品， 为氧化镁 (MgO) ； 沉淀物为鸟粪石。
本发明的有益效果是 ：
1、 减轻灰水处理负荷， 降低了对环境的污染， 实现生活污水的循环利用 ；
2、 实现了尿液中 N、 P 等营养物质的资源化利用 ；
3、 整个系统建设费用以及运行费用低， 维护简单， 可产生一定的经济效益， 具有很 强的实用性和适用性。 附图说明 图 1 为本发明的尿液自动分离收集并资源化的方法流程图 ； 其中 ：
图 1(a) 为尿液分离技术路线图 ；
图 1(b) 为自动加药搅拌系统技术路线图 ；
图 1(c) 为沉淀分离技术路线图 ；
图 2 为本发明中的尿液自动分离收集及资源化系统示意图， 其中 ：
图 2(a) 为小便器 ；
图 2(b) 为蹲便器 ；
图 3 为本发明的尿水自动分离装置、 加药搅拌装置和沉淀与上清液的自动分离装 置电路原理图 ；
图 4 为本发明中的灰水处理系统示意图。
具体实施方式
当前， 我国绝大部分城镇都是在尿液、 冲洗水混合后进行集中处理， 这一方面增加 了污水处理成本， 另一方面造成尿液中 N、 P 等营养物质的浪费。针对这一问题以及当前生 活污水的来源与特点， 本发明设计了一种可实现尿液自动分离收集并资源化的装置及工艺 方法。其原理是对尿液进行分离并单独收集， 再加入药品氧化镁 (MgO)， 形成的沉淀肥料( 鸟粪石 ) 实现了尿液中 N、 P 等营养物质回收利用， 同时， 处理后的灰水也达到回用标准。
本发明的技术方案是 ：
1、 尿液的自动分离收集系统 ： 在小便器尿水出口处设有尿水自动分离阀门 ( 一个 二位三通电磁阀 )。 用单片机作为控制器来控制阀门的开关， 实现尿水的自动分离收集。 本 发明的尿液和冲洗水自动分离收集系统已于 2010 年 10 月另案申请， 详情请参见 ： 《一种小 便池尿液自动分离收集设备》 ， 专利申请号 ： 201010278076.2。
2、 尿液资源化系统 ： 该系统主要包括加药搅拌装置、 沉淀与上清液分离装置。
a) 加药搅拌装置
对尿液进行分离并单独收集以后， 在尿液中加入氧化镁 (MgO) 进行搅拌。此过程 所有的控制信号均由加药搅拌控制装置提供。
b) 沉淀与上清液分离装置
待沉淀和上清液完全分层以后， 用真空泵把沉淀粘稠物抽出， 稍作处理后作为肥 料， 而上清液进入灰水处理系统进行处理。此过程真空泵的控制信号由沉淀与上清液自动 分离控制装置来提供。
3、 灰水处理系统 ： 该系统由预处理和土地处理系统 ( 如湿地， 氧化塘等 ) 组成。 本发明的尿液自动分离收集并资源化的装置， 其中的自动控制装置包括 ：
1、 尿水分离的自动控制装置 ： 主要实现尿液与尿液冲洗水的自动分离， 从而为后 续的尿液资源化做准备。
2、 加药搅拌的自动控制装置 ： 主要实现添加药品氧化镁 (MgO) 以及搅拌的自动 化， 使其充分接触反应。
3、 沉淀与上清液的自动分离装置 ： 主要实现沉淀 ( 鸟粪石 ) 与上清液的自动分离。 沉淀进行简单脱水处理后， 即可作为肥料。上清液和尿液冲洗水则作为灰水进入灰水处理 系统。
为了更详细地介绍本发明技术， 下面结合实施例子来说明 ：
实施例 ：
现将本发明的一种实现尿液自动分离收集及资源化的装置及方法应用于石家庄 桥西区的一家洗车场。该洗车场的固定人口为 7 人， 加上洗车工和过往行人， 据统计平均每 天约为 250 人。洗车场为两层楼房， 上下层均有一家庭厕所， 产生黑水未经任何处理排入到 城市管道。按照本发明， 具体设计包括 ：
首先， 在该洗车场厕所内的小便池的尿水出口处铺设尿液收集管路和冲洗水排放 管路， 以便实现尿液的单独分离收集。
其次， 经源头分离的尿液冲洗水进入灰水处理系统， 处理后的出水可作为厕所冲 洗水。对收集的尿液进行处理后作为肥料， 实现了尿液中 N、 P 等营养物质的资源化利用， 减 轻了灰水对环境的污染。
具体详情如下 ：
一个成年人一年中排泄的粪尿量约 790 公斤 ( 其中人粪约 90 公斤， 人年约 700 公 斤 )， 折合到每天平均一个成年人的尿液量为 1.91 公斤， 其中含 N、 P 的比例分别为 0.5％ 和 0.13％， 计算得为一个人每一天尿液中 N、 P 的质量分别为 0.00955 公斤和 0.002483 公 斤， 洗车场按着 250 人 / 天算得每天洗车场所有人的尿液中 N、 P 的总量约为 2.3875 公斤
和 0.62075 公斤。根据沉淀 ( 鸟粪石 (MgNH4PO4)) 可以计算得每天需加的药品 (MgO) 的量 约为 0.8009 公斤， 考虑在 PH ＝ 9.2 时鸟粪石沉淀量最大， 通过实验得知每天加 MgO 的量为 0.902 公斤时沉淀最大。
石家庄洗车场内厕所的尿液自动分离收集并资源化方法的工艺流程图如图 1 所 示。其中包括尿液分离路线图、 加药搅拌路线图和沉淀分离路线图。
1、 石家庄洗车场内厕所的尿液自动分离收集并资源化装置采用的小便器和蹲便 器如图 2a， 图 2b 所示。蹲便器原理与小便器原理相同。其中， 1- 进水控制装置 ； 2- 进水 管道 ； 3- 尿水出口管道 ； 4- 尿液收集通道 ； 5- 尿液冲洗水排放通道 ； 6- 尿水分离控制阀 ； N- 粪便排放通道。
石家庄洗车场内厕所的尿液自动分离收集并资源化装置的加药搅拌系统和沉淀 与上清液分离系统如图 3 所示。其中 7- 尿液冲洗水排放管道接口 ； 8- 尿液收集管道接口 ； 9- 尿液收集管路 ； 10- 尿液冲洗水排放管路 ； 11- 尿液储存箱 ； 12- 灰水处理系统 ； 13- 尿液 输送管路 ； 14- 上清液排放管路 ； 15- 尿液反应器 ； 16- 加药装置 ； 17- 搅拌器 ； 18- 上清液排 放控制阀门 ； 19- 沉淀排放管路 ； 20- 鸟粪石存放箱 ； 21- 阀门控制线路 ； 22- 控制箱 ； 23- 真 空泵控制线路 ； 24- 真空泵。
石家庄洗车场内厕所的尿液自动分离收集并资源化装置的灰水处理系统如图 4 所示。 其中 28- 细格栅 ； 29- 格栅井 ； 30- 隔油挡板 ； 31- 隔油池 ； 32- 潜流人工湿地 ； 33- 进水 管 ( 管径 100mmPVC 管 ) ； 34- 布水管 ( 管径 100mmPVC 穿孔管 ) ； 35- 集水管 ( 管径 100mmPVC 穿孔管 )。
整个工程系统由尿液自动分离收集系统、 灰水处理系统、 尿液资源化系统组成。
1、 尿液自动分离收集系统由 1- 进水控制装置 ； 2- 进水管道 ； 3- 尿水出口管道 ； 4- 尿液收集通道 ； 5- 尿液冲洗水排放通道和 6- 尿水分离控制阀组成。
2、 尿液资源化系统由 7- 尿液冲洗水排放管道接口 ； 8- 尿液收集管道接口 ； 9- 尿 液收集管路 ； 10- 尿液冲洗水排放管路 ； 11- 尿液储存箱 ； 13- 尿液输送管路 ； 14- 上清液排 放管路 ； 15- 尿液反应器 ； 16- 加药装置 ； 17- 搅拌器 ； 18- 上清液排放控制阀门 ； 19- 沉淀排 放管路 ； 20- 鸟粪石存放箱 ； 21- 阀门控制线路 ； 22- 控制箱 ； 23- 真空泵控制线路和 24- 真 空泵组成。
3、 灰水处理系统该系统由 28- 细格栅， 29- 格栅井 ； 30- 隔油挡板 ； 31- 隔油池 ； 32- 潜流人工湿地 ； 33- 进水管 ( 管径 100mmPVC 管 ) ； 34- 布水管 ( 管径 100mmPVC 穿孔管 ) ； 35- 集水管 ( 管径 100mmPVC 穿孔管 ) 组成。
具体方法如下 ：
1、 尿液分离收集系统 ：
首先， 在无人时小便进水管道 2 与尿液收集通道 4 关闭， 尿液冲洗水排放通道 5 开 启， 这样做主要是尽可能减少厕所的异味 ；
其次， 人来时小便进水通道 2 关闭尿液收集通道 4 打开， 尿液冲洗水排放通道 5 关 闭；
最后， 人走时尿液收集通道 4 关闭， 尿液冲洗水排放通道 5、 小便进水管道 2 打开分 别冲水 3 秒钟和 1 秒后关闭， 再延时 1 秒钟尿液冲洗水排放通道 5 关闭。
2、 灰水处理系统， 见图 4 ：格栅井深 0.6m， 长 0.6m， 宽 0.6m。格栅井中的细格栅 28 隔栅间距为 3mm。经过细 格栅 28 的出水进入隔油池 31。隔油池 31 深 0.6m， 长 1m， 宽 0.6m， 池中有 58mm×40mmPVC 挡板 30 两块。格栅井 29 及隔油池 31 墙体采用砖砌结构 (240 墙 )， 砖墙用水泥砂浆抹面， 用钢筋混泥土预制板盖顶。该洗车场后荒废的地方， 建设潜流人工湿地 32， 潜流人工湿地 32 为水平流潜流湿地， 长 2.5m， 宽 2.5m， 深 0.8m。潜流人工湿地 32 墙体采用砖砌成 (240 墙 )， 池底采用混凝土 (50 标号 )( 厚 100mm) 铺底， 并用水泥砂浆抹平。潜流人工湿地 32 最 上层为 20cm 的泥土层， 泥土层下面的湿地介质顺序由砾石、 碎石及碎砖块组成， 其中砾石 粒径 8 ～ 16mm， 碎石粒径 4 ～ 8mm。砾石层主要起散水、 集水及承托布水管 34 及集水管 35 的作用。 布水管 34 设于湿地前端砾石层内， 管径为 100mm， 管底部打有孔径为 15mm 的小孔， 孔心间距为 150mm， 孔口垂直向下。在潜流人工湿地 32 后端底部砾石层埋设集水管 35， 为 管径 100mm 的 PVC 管， 管上打孔， 孔径 15mm， 孔心间距 150mm。湿地植物为美人蕉。
3、 尿液资源化系统 ：
尿液加入 MgO 搅拌经处理后将作为缓释肥。只需控制真空泵 24 和搅拌器 17 的开 关即可实现加药搅拌和沉淀与上清液分离的自动化运行。灰水经处理仍可作为厕所冲洗 水， 从而实现污水的循环利用。