专利名称：粪、尿分离器兼好氧框的制作方法
技术领域：
本发明是在任何有集中排泄粪便的坑口处将粪尿及时分离 开、各行其道，避免尿载粪或者用水冲粪时造成大量的超负荷厌氧污水的自 控装置，也可作为风干粪便的好氧发酵框，适用于卫生间，公共厕所，畜禽 舍和其它动物舍。
背景技术：
本发明是前专利ZL00114861. 3 "空分防疫环保型免舍"的 补充发明技术，前专利技术特征是将厩舍或者楼室组合建设构造风潮，就 地集中封存排泄的粪便并能按特定路线将舍内气体拔出空中，获取大气压自 然新风以供给居室或舍内生命体之需要，随即风流向坑口流去，带走废气进 入蓄粪室，再利用尾气风干粪稀。但缺陷是未进行粪尿分离，粪便干处理 受困，适用功能受限。实际问题是粪尿分离难度大，但却很关键。粪便应及 时从尿或水中分离出来，并进行脱湿经分解发酵风干消除臭.味后，也才容易 将其装载运出系统。
现状简析城巿规划建设的居民楼室卫生间、公共厕所，清除粪便是使 用"冲洗水"并铺设下水道管网，又在下游或末端搞污水治理，在"定程度 上这解决和满足了人们日常生活的卫生要求、方便和舒适。但使用"冲洗水" 这种习惯、行为方式要以损耗资源、牺牲环境为代价的，这本来是不合理的， 因为对粪便实体完全可以甩其它方法来控制处理的，但现在被发展到使用 "冲洗水"冲粪便无处不在、无时不有。我们知道一旦用水冲粪便，其污染 负荷成几何倍数放大，诺再企图通过物化，生化方法处理污水达标排放，这 本身就显示出考难以维持运行的，更不用说正本清源，还损耗其他资源、转 移污染介质。那些到处排放、渗漏的污水还向地下延伸很危及。我国"三河"和"三湖"久治耗巨资致今不达标，就因为有源头污本！
畜牧业生产中工业化养殖方式是畜禽高度密集伺养，并用机械通风换 气，使用"冲洗水"清洗厩舍和运载粪便。比如我国"九五"科技攻关项 目"规模化蛋鸡场粪污处理关键设备研究"和"规模化猪场粪污处理关键设 备研究"产.生的XJG-25型钭板挤压固液分离机和螺旋挤压固液分离机，(举 为科研重大成果)它是在将畜禽粪便用水冲入粪池以后，再进行机械固液分 离，是已经造成或者产生大量污水负荷的情况下而为，污水还需要后续处理 的，而且该分离机耗能、成本高难以推广。在形成工业化技术路线的畜禽舍 内，粪口也是当堂敞开的，不管是否利用了热压和风压进行自然通风，还是 釆取了机械通风，结果都是空气质量(恶臭、刺激性气味、洁净度等)达不 到要求，畜禽舍内就地排泄粪便是产生污浊气体的主要因素，为了规避脏臭 使用"冲洗水"冲粪便就是常事了。囯家环保总局调查结论"养殖废水C0D (化学需氧量)已超过工业废水和生活废水的排放量，是农村面源污染的主 要因素，养殖场所造成的环境污染相当严重。" — 鉴上分析日常生活和畜牧生产中有关排泄物处理失控，不能自律的问 题。 一是不能控制内环境的空气卫生质量，其次是对粪便的处理采用了 "冲 洗水"的方式，冲出大量的厌氧污水治理不了。工业化技术对于普遍使用"冲 洗水"造成的污染负荷客观上仅只能是一局部末端治理的过程，是已经放弃 对粪便实体的控制，亦即先污染后治理之环节和过程，其实我们应该另行其 道，更应该以主要利用来自自然的的能源作为辅助来控制这个系统，正如专利 ZL00114861. 3做的那样。因为处理排泄物最好的办法就是能让粪便自然分 解、发酵、风干后回归自然，并且是在一自律性的控制系统内实现。对于人、畜排泄物处理吟"节能减排"问题,自,性密闭工艺(利用自然能)是一个 带方向性选择的、关键的、举足轻重的问题。 ，
发明内容:选用混凝土，工程塑料，陶瓷等材料制作如图l所示截面 为直角梯形，上下底面为平行四边形，上底开有凹槽，下底与斜面的角Z ABC = 50° ，高AG-0.6AB(下底宽)，(制作时依据a角在栅条一对角处沿截面削 去三角体如
图1和图3所示)的栅条ABCDEFG-abcdefg，将数根栅条相组平 行依次倾斜叠放与平面成a角(a角=10-30° ),栅条的梯形底面相互平行 并依次倾斜叠放与平面成P角(P = 45° -55° )如图3 、图4所示，图4 是图3的左侧视图，在建立的直角坐标系里，X轴表示水平面。栅条的'P角'
面依次倾斜叠放的位置在直角坐标系里是向Y轴方向依次上移(4 + 0.1 ) x
2
AB (AB-栅条下底宽)，在'X轴方向依次向左(右)移动(^ — 0.15) xAB,
2
以形成上下相邻栅条之间的遮盖漏缝8 。栅条依次向上点的轨迹如Bi , B2,. B3, B4， B5,是俞加陡峭的轨迹，如ZBiCCi = 45°时(Ci点在X轴上)，则 ZB20Ci = 54° 28' , ZB30Ci=54° 53' ， ZB4OC1 = 55° 3' , ZBsOCi = 55° 8'。 该组合栅条具有双倾角(a、P )多条遮盖薪缝的工作斜面S和分尿溢'流面' BbcC和AagG及GFfg,将该组栅条用支架或直接浇灌在上面开口 (入粪口) 侧面有开口 (出粪口 )，内底为圆弧的方框内，得到粪尿分离器如图2所示。 通过同样的方法可得到一漏斗式的好氧框如图io所示，框内中间装有与前后 框壁导通的通风管。管的'截面上部为A字盖板，下部为多孔小V字承板，组 合成XX字形的中空通风管，好氧框底配制旋转式闸门开关。图5、图6、图 7、图8是分别配上粪尿分离器的坐式、登式、水冲式(改造型)、踏式(畜 禽舍用)的各类马桶。这些马桶及其好氧框在前专利技术特征的位置如图9
5所示，图IO所示的特征可适用于，楼室卫生间(可单元.式的)、公共厕所、 畜禽舍等。
下面结合图1-10详细说明根据本发明提出具体的细节及工作情况 在系统内(卫生间、公厕、畜禽舍)控制空气环境、保持有自然大气压 新风及引导空气流向，用粪尿分离器将被排泄的粪尿及时分离开，避免粪便再 次与尿或水流接触，既对粪便封闭脱湿、好氧发酵，供风风干，这是系统实 现粪便干处理及环境控制的基本条件。
通常解大便伴有小便，大小便都是入坑的，这是粪尿分离前提，在需要 用少量水冲洗马桶的情况下必须保证粪尿分离器有足够的抗水冲击力',另粪 便尤其是人粪粘度不一，其沾粘性大，粪便在沿重力方向坠落或沿斜面S下 滑过程中，不能阻塞漏.缝，且粪便也不能在斜面S滑道上堆积，以影响尿液 从漏缝处溢流。
用水力学源理分析时，可把粪便也看做非层流状态下的"牛顿液体"。通 过对比观测可知粪便与以上工程材料的摩擦因数"》<1,选择工作斜面S的 &角>45° ，就能保证粪便沿P角面克服摩擦阻力向下滑动，并通过粪尿分 离器出口，当然栅条俞往上俞陡峭质点的轨迹是有利于粪便克服滑动摩擦力 下滑和避免在斜面S上堆积的，因为加大了粪便向下的惯性力，另斜面S上 有尿液也利于碓少滑动摩擦系数，但是保证^角>45°是必要的。
尿是含有4%。物质的水，是沾性大于水的液体。因无固定形状、易流动， 流动时受到惯性力与黏滞力的作用(对比关系)水量小、流层薄、速度慢时， 在表面张力的作用下，少量用水或尿流在栅条的各个堰面上发生贴附溢流， 如图4中(参照图l理解)，在栅条底AsBsb5as堰面上水流沿P角向下流动，
6贴附溢流绕过边缘线B5b5沿B5b5C5C5堰面流动致边缘线CC，.水流在CC线处下坠
落入尿沟，.方向如细箭头2、 3、 4所示，当水流量稍大时，水流在Bsb5线落 .坎时，会发生回旋绕流被卞一栅条的A4a4线沾接、^流又沿A4a4g4G4堰面流动
绕过G4g4边缘线，沿堰面G4F4f4g4流动到F4f4边缘线，又在F4f4线处坠落，方
向如细箭头5、 6、 7所示，细箭头3、 6所示尿流方向是因为有a角，栅条高 端的溢流体向低端流动，水流被栅，的各个堰面分流并经边缘线坠落如图2 虛线箭头所示，经上面栅堰漏缝未分流完的液体会继续被下面的栅堰漏缝分 流直致分流完毕，-粪便的滑落方向如图3、图4的粗箭头1、 6所示，被分流
的尿液用管20接出。 '
有关ct角，把栅条竖直放，当上端固定下端左右摆动一角度时产生了 ct
角，这时从栅条顶端下流的液体就会随a角的偏移程度而偏移流向，其作用
就是要把沿l3角倾直而下的水流向旁引开，当水流有一定程度偏移时，水流
在Bsb5边缘幾很难挑起水舌，从而加快水流从漏缝中分流出去。在一定范围
内a角俞大抗水冲击力俞强。
7角，在图4中为ZBiCiO-5。既栅堰面BbcC与平面有倒5°角，这是 为增大贴附溢流，并把溢流引到Cc线再坠落。
水冲式马桶如图7,马桶的.出口诺为10cm直径圆口，在不考虑冲水量 和流速的情况下，在粪水(粪因有粘性，最初在水中将保持固态)被冲出并 落在粪尿分离器入口处时向下的初速度为零，粪、水混合体再沿斜面S的p 角面下流，这时流动层厚度5〈2cm ,如前所述，液体将发生贴附溢流，从 栅堰漏缝依次分离出去，粪以固形物沿0角面滑出分离器，不受cc角面影响。
好氧框采用与粪尿分离器相同的组合栅条形式是因为气和水都是流体，有相似的性质。 一方面它能避免漏缝被粪便阻塞，另一方面使好氧框内堆积 的粪便与空气(氧)有更多的接触面。再漏斗式好氧框使粪便依次下落，一 开始供氧充足，再逐渐减少供氧，(底层粪'供.氧小)这是有利于好氧发酵规 律的。这个过程免除了翻动粪便，好氧框中间的通风管除透气供氧外，实阵 还有翻动粪便的作用，通过好氧框闸门开关向下面的装载粪桶卸出粪，既使 粪有臭味已经较轻，也可以通过粪桶或装袋将粪封住后再运出，除粪时打开 除粪门，室外空气进入蓄粪室，气流从门外进入，再向风潮上方流去。清理 工不会有恶臭感，粪便实体却处在可控的状态。
本发明与前专利结合的工'艺过程是当系统(居住楼室的卫生间，公共厕 所，畜禽舍等)如图IO所示，有排泄物时，粪便经粪尿分离器15沿蓄粪室 向下导风流'通道16坠入好氧框14, #便一经与空气接触，就分解发酵，产 生气体密度较低的气体沿风潮18上方流动，并经出口 19流出室或舍外，这 时蓄粪室.出现负压，大气压新风向室或舍内补充，经窗户8进入室或舍内9, 再流经粪尿分离器15,又沿蓄粪室向下流导风道16流动(如气流箭头所示)， 空气流向好氧框14,以补充负压，供氧，如此粪便的分解发酵不断进行，气 流不断流动，就能实现对粪便的干处理，包括对室内或舍内充足的新风流供 给，以及对粪便恶臭气体的控制，这就完成了一个系统自律控制的密闭工艺。
权利要求
1、由横截面为直角梯形，斜边与底面夹角为500，上底面开有凹槽，上下底面有一内对角为900-α角的平行四边形的栅条ABCDEFG—abcdefg，栅条数根相组平行依次倾斜叠放与平面的X轴成α角，该组栅条底面也相互平行依次倾斜叠放并与水平面的X轴成β角，栅条依次倾斜叠放质点的轨迹是向上移动(AB＝栅条下底宽)、向左(右)移动更依次形成栅条之间的遮盖漏缝8，再将该组合栅条用支架或浇灌方法固定在内底为圆弧、上方和左(右)侧有开口的方框内，得到一粪尿分离器。
2、 根据权利1倾斜叠放的组合栅条制成左右对称为漏斗状的好彔框， 框的中间装有与酋后框壁导通的通风管，管的截面为A图形，上部^A字盡板， 下部是V字多孔承板，框底装配旋转闸门和开关。
3、 根据权利1是将粪尿分离器与特定的各种类型马桶(粪缸)相配合为坐式马桶粪尿分离器;i蹲式马桶粪尿分离器；水冲式(改造型)马桶粪尿;分离器；踏式(畜禽舍用)粪尿分离器。國_， >
4、 根据权利要求1 J权利要求2:、'和'权利要求!3j将粪尿分离器和好氣框 紀置在前专!5flT ( Z画14861.3 )系统内完善密,闭工艺。
5、 根据权利1,倾斜叠放的一组栅条的斜面BbcC与水平面有一倒角
全文摘要
由一组开有凹槽的梯形栅条依次倾斜叠放形成具有滑粪角面，水流缓冲角面，遮盖漏缝及各栅堰溢流面的栅条集合。配上具有圆弧底沟的边框，即为适用于有集中排泄粪便坑口处的粪尿分离器装置，以及作为风干或好氧发酵粪便的好氧框装置，粪尿分离器可与多种类型的马桶配合使用。粪尿分离器和好氧框配制在一具有自然能新风的系统时，完善了一个自律性控制的密闭工艺，粪便可以在不脏不臭系统控制中实现干处理。
文档编号A47K11/00GK101444399SQ20071012768
公开日2009年6月3日 申请日期2007年6月26日 优先权日2007年6月26日
发明者力 程 申请人:力 程