自主式、pv供电的家用马桶和废水处理系统的制作方法
【专利说明】自主式、PV供电的家用马桶和废水处理系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 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。
[0003] 关于联邦政府资助的研宄或开发的声明
[0004] 不适用。
[0005] 共同研宄协议的团体名称 [0006] 不适用。
[0007] 通过光盘提交的材料的援引并入
[0008] 不适用。 发明领域
[0009] 本发明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。
[0010] 发明背景
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018]发明概述
[0019] 根据一方面，本发明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。
[0020] 在一个实施方式中，电化学电池是光电化学电池。
[0021] 在另一个实施方式中，电力源包括光伏板。
[0022] 在又另一个实施方式例中，电力源包括蓄电池。
[0023] 在还另一个实施方式中，气体积聚装置配置成储存氢气。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 根据另一方面，本发明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；操作电化学电 池以电化学处理人为废物；和从电化学处理的人为废物回收经消毒的液体废物、气态产物 和农业肥料产物中的至少一种，从而整治（remediating)接收的人为废物。
[0028] 在一个实施方式中，废水包括来自洗澡和卫生、食品制作、洗涤衣物和洗涤其他所 有物的流出物中的一种或更多种。
[0029] 在还另一个实施方式中，氯浓度在电化学电池中的接收的人为废物中被控制。
[0030] 在另一个实施方式中，电化学电池通过生成与接收的人为废物反应的活性氯类物 质对接收的人为废物消毒。
[0031] 在又另一个实施方式中，活性氯类物质是(：12、耶(：1、(：10'氯自由基(：1*以及氯自 由基Cl2 ?中的一种或更多种。
[0032] 在又一个实施方式中，操作电化学电池以电化学处理人为废物的步骤导致氢气的 生成。
[0033] 在还又一个实施方式中，氢气被储存在气体聚积装置中。
[0034] 在还又一个实施方式中，氢气在配置成向电力源供应电力的氢-空气燃料电池中 被消耗。
[0035] 在另外的实施方式中，电化学电池还包括参比电极。