一种免水生态厕所的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种免水生态厕所，在所述厕所内设置有便器，该便器下方设置有一与其相连通的生物反应器，在该生物反应器底部充填有生物填料和生物降解菌，所述生物降解菌是由多菌种形成的复合专用菌，所述复合专用菌至少包含有粪肠球菌、木糖葡萄球菌、生孢食纤维菌、镰刀霉菌、地衣芽孢杆菌和活动肉杆菌；所述生物反应器内还设置有搅拌装置、通风装置以及温控装置，以提供有利于降解反应的环境。本发明的优点是，本生态厕所运行中无需外加水分，生物降解所需的水分来自于人排泄的粪尿，全部处理过程都在生物反应器中进行，无任何外排、外泄物；降解中无腐臭气味；失效的生物填料中富含大量的氮、磷等营养物，可作为有机肥料。
【专利说明】一种免水生态厕所
【技术领域】
[0001]本发明涉及免水冲厕所，具体涉及一种采用好氧生物降解的免水生态厕所。
【背景技术】
[0002]厕所是人类日常生活不可或缺的必备条件，20世纪六十年代才在欧美流行的水冲厕所被誉为对人类影响最大的发明之一，它对改善人类的生活环境起到了非常大的作用。但是时至今日，水冲厕所却也成了浪费和污染水资源的一大根源。当今世界提倡可持续发展，厕所改革也势在必然，特别是公厕改用生态环保型厕所是今后发展的一大趋势。
[0003]我国是水资源相对匮乏地区，据近期统计人均水资源量仅为1945m3，不足世界人均占量的1/4，国内有14个省份和地区人均水资源占有量低于国际公认的1750 m3用水紧张线，其中北京、天津等北方多个城市低于人均500 !113?的严重缺水线。
[0004]据国内如厕统计，每人每次平均排泄物为145g，需4~12升自来水冲洗，即用99%的清洁水冲洗1%的污物，产生100%的生活污水，国内668座城市有约107949座公厕，再加上居民冲厕用水，每年厕所用水就要消耗100多亿吨自来水,相当于50多座中型城市的年自来水用量。
[0005]据近年统计分析，国内668座城市年清运粪便2900万吨，其中被无害化处理的不到1/2，多数仅经化粪池简单处理后就直排，粪渣也得不到安全处置。国内农村卫生设施更差，据近年统计，我国248 79万户农户中，卫生厕所普及率刚达50%多，但绝大部份污水未经净化处理，造成当地水体污染量大面广，对自然生态影响更为严重。
[0006]人体的排泄物含有细菌、寄生虫和其它微生物，是传染病的病原体，可引起多种严重疾病，处理不当的粪便会严重影响人们的身体健康。水冲厕所的粪便进入化粪池后，长期渗入土壤，会引起土壤的病原体污染；此外粪便中的病原体还能在植物机体内富集，可以通过食物链进入人体，危害身体健康。
[0007]厕所与人的生活密切相关，是当今衡量一个国家、一个民族文明程度的重要标志之一，水冲厕所曾是20世纪对人类影响最大的十大发明之一，但今天看来，它同时也是污染环境的一大祸根，传统水冲厕所带来的水资源浪费和生态环境破坏已为越来越多的有识志士所关注。此外，传统的水冲厕所要求配套很完善的供水和排污系统，这就使它在一些不具备完整上下水系统地方的不适用，如海滨、大型广场、旅游景点及一些交通工具等，在一些受季节限制、无法保证流水畅通的严寒地区，传通水冲厕所同样不适用。
[0008]生态厕所是以减少水消耗为特点，以废物能转变为有用的资源，对环境不造成污染为特征，是无臭和安全卫生的厕所。从目前生态厕所研究的初衷和发展趋势看，可以广泛认为生态厕所是指环境免受粪便污染，对资源的占有量少，并能充分地利用资源，强调污染物自净和资源循环利用，借助生态学原理进行设计，以卫生系统的闭合处理环路为重要特征，对环境友好的一类厕所的总称。
[0009]生态厕所类型中高效优势菌种法近年来受到重点关注，它是先经特殊筛选和培养，获得专门针对人类粪尿处理的高效菌种，再依托这些菌群实现粪尿的高效快速净化，其本质与常规的好氧生物处理相同，但需配备高效生物填料和定期投加高效降解菌种。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种免水生态厕所，该厕所通过在蹲便器下方的生物反应器内充填生物填料和生物降解菌，以降解人体排泄的粪便、尿液，同时通过在生物反应器内设置搅拌装置、通风装置以及温控装置来为生物降解菌进行生物降解时提供动力搅拌、充足的氧气以及适宜的温度，以使生物降解进行的充分完全。
[0011]本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种免水生态厕所，涉及所述厕所内的便器，所述便器下方设置有一与其相连通的生物反应器，其特征在于所述生物反应器底部充填有生物降解菌，所述生物降解菌是由多菌种形成的复合专用菌，所述复合专用菌至少包含有粪肠球菌、木糖葡萄球菌、生孢食纤维菌、镰刀霉菌、地衣芽孢杆菌和活动肉杆菌。
[0012]所述生物降解菌中各菌种的质量百分比为:粪肠球菌占15?25%、木糖葡萄球菌占15?20%、生孢食纤维菌占15?20%、镰刀霉菌占15?20%、地衣芽孢杆菌占15?20%、活动肉杆菌占15?20%。
[0013]所述生物降解菌中:粪肠球菌所占质量百分比优选为20%。
[0014]所述生物降解菌中所述木糖葡萄球菌、生孢食纤维菌、镰刀霉菌、地衣芽孢杆菌和活动肉杆菌所占质量百分比相同。
[0015]所述生物降解菌是以麸皮作为固体原料的固体菌剂。
[0016]所述生物反应器底部充填有生物填料以作为所述生物降解菌的载体，所述生物填料为改性硅藻土，颗粒细度为200目。
[0017]所述生物反应器底部设置有一搅拌装置，所述搅拌装置包括一转轴，所述转轴上串联有若干盘片，所述盘片上设置有与所述盘片相垂直的若干翼片，其中所述转轴由一电动机驱动。
[0018]所述生物反应器内连接有一通风装置，所述通风装置由风机和与排气管构成；所述风机可正、反转，设置于所述厕所墙壁上，所述排气管的一端与所述风机连通，其另一端与所述生物反应器顶部连通，以对所述生物反应器进行间歇性供风和排气。
[0019]所述生物反应器底部设置有温控装置；所述厕所入口设置有红外感应装置，所述红外感应装置与一控制箱连接，所述控制箱还与所述搅拌装置、通风装置以及温控装置连接。
[0020]一种涉及上述免水生态厕所的运行方法，其特征在于:
当所述红外感应装置未感应到厕所内有人时，所述控制箱分别控制所述搅拌装置、通风装置以及温控装置进行如下操作:所述搅拌装置以7?IOrpm旋转lmin，停转5min之后，再以7?IOrpm旋转lmin，如此往复；所述通风装置间歇交错进行正压供风和负压排气；所述温控装置将所述生物反应器内的腔体温度控制于44-46°C之间；
当所述红外感应装置感应到有人进入厕所时，将此信息反馈给所述控制箱，所述控制箱分别控制所述搅拌装置、通风装置以及温控装置进行如下操作:所述搅拌装置停转；所述通风装置进行负压排气；所述温控装置始终将所述生物反应器内的腔体温度控制于44-46°C之间。[0021]本发明的优点是，本生态厕所运行中无需外加水分，生物降解所需的水分来自于人排泄的粪尿，全部处理过程都在生物反应器中进行，除降解过程中产生的气体经排气管排出室外，其余无任何外排、外泄物；由于采用好氧降解工艺，避免了传统厌氧降解带来的腐臭气味；失效的生物填料还会富集大量的氮、磷等营养物，可作为有机肥料。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中各单菌种对粪便中残留固形物的降解率示值表；
图3为本发明中不同复合菌配比A、B、C、D、E、F的配比示意表；
图4为本发明中不同复合菌配比A、B、C、D、E、F对粪便中残留固形物的降解率示值表。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
如图1?4，图中标记I?10分别为:蹲便器1、搅拌装置2、电动机3、传动装置4、风机5、生物填料6、控制箱7、红外感应装置8、温控装置9、排气管10。
[0024]实施例:如图1所示，本实施例具体涉及一种采用好氧生物降解的免水生态厕所，其核心装置是一个生物反应器，位于蹲便器I的下方且两者连通，在生物反应器的底部充填有生物填料6和生物降解菌，在生物填料6下部设置有温控装置9以保持生物高效降解所需的最佳温度；在该生物反应器内还设置有一搅拌装置2和风机5，风机5给生物反应器腔体内部供风，搅拌装置2旋转搅拌生物填料6和人体所排泄的粪便、尿液，两者配合工作给予微生物好氧降解以充足的氧气，形成好氧降解环境；在该免水生态厕所的入口处还设置有一红外感应装置8用以检测厕所内是否有人，红外感应装置8与墙壁上的控制箱7连接，用以联动控制温控装置9、搅拌装置2以及风机5。
[0025]本实施例中所采用的生物填料6具体为改性精制硅藻土。
[0026]本实施例中生物降解菌是由6种菌种形成的复合专用菌(固体菌剂)，所述6种菌种分别为粪肠球菌、木糖葡萄球菌、生孢食纤维菌、镰刀霉菌、地衣芽孢杆菌和活动肉杆菌，其中粪肠球菌占20%，其它5种菌株各占16% ;运行时专用菌在生物填料6上的一次投配比为 4%o。
[0027]本实施例中温控装置9具体为一温控电加热器；如图1所示，搅拌装置2具体为一串联盘式搅拌器，其具有一旋转轴，在旋转轴上沿轴向均匀间隔设置若干盘片，各盘片上带有若干与盘片相垂直的翼片(盘片每面各有6个)，旋转轴通过传动装置4由电动机3驱动，此种结构可充分搅拌生物填料和粪尿，搅拌效率较高；如图1所示，通风装置由风机5和与排气管10构成，该风机5可正、反转,设置于厕所墙壁上,排气管10的一端与风机5连通，其另一端与生物反应器顶部连通，以对生物反应器进行间歇性供风和排气。
[0028]如图1所示，免水生态厕所的运行方法具体如下，其中提及的各项参数适用于35人次单人免水生态厕所:
当位于厕所入口处的红外感应装置8判别厕所内为无人状态时，将此状态信息发送给控制箱7，控制箱7联动控制与其相连接的搅拌装置2、风机5以及温控装置9:搅拌装置2以8rpm的转速旋转lmin,停转5min之后,再以8rpm的转速旋转lmin,如此往复持续；风机5通过排风管10间歇交错进行正压供风和负压排气，通风流量为6m3/min ;温控装置9可将生物反应器温度控制在室温至45°C，控制精度士 1°C，温度控制过程中保证不超温失控，不局部过热，在运行过程中温度始终处于控制之中；
当位于厕所入口处的红外感应装置8判别厕所内为有人状态时，同样将此状态信息发送给控制箱7，控制箱7联动控制与其相连接的搅拌装置2、风机5以及温控装置9:此时搅拌装置2停转；风机5通过排风管10进行负压排气，通风流量为6m3/min ;温控装置9的温度维持不变。
[0029]以下的①、②、③中分别为对于“生物填料”、“生物降解菌”和“免水生态厕所的中间性试验”的具体描述:
①生物填料(改性精制硅藻土)
硅藻土是(Diatomite)海洋或湖泊中生长的硅藻残骸在水底的沉积，经自然环境作用逐渐形成的一种非金属矿物。硅藻土的显著特征是轻质、多孔、高液体吸附能力、比表面积大、具有化学堕性和不溶于一般酸等优异物理化学性质。
[0030]本实施例中的生物填料6采用浙江东部矿选硅藻土原料，主要呈单节或双节圆筒状，SiO2平均含量60.3%，比表面积60.17m2/g，孔容为0.149mol/g，再经浓度为35%硫酸浸溃处理及间歇窑450°C温度3小时焙烧活化，SiO2平均含量可提高到85%以上，硅藻土失重率为10.4%，比表面积增大到83.56m2/g，微孔平均孔径从8.847nm增大到10.29nm，零点电荷点的PHzpc也从原来的3.2提高到4.5。活化后的改性硅藻土再经精细加工，筛分出细度为200目的成品生物载体填料。
[0031]上述经提纯(即酸洗处理和焙烧活化处理)后的硅藻土，其内的SiO2含量大幅度提高，比表面积增大，孔体积增大；一般来说，比表面越大，吸附量越大；孔径越大，吸附质在孔内的扩散速率越大，则越有利于达到吸附平衡。
[0032]②生物降解菌
人粪尿尤其是粪便中含有大量的有机物，可供异养微生物利用。在粪便中，各类有机物质含量和存在形式都有自身的特点，所以粪便只能为特定的微生物所利用、降解。粪便中含有的土著微生物中，有很多都可以降解粪便，但是由于其降解菌数量少、活力低，使得降解周期相当长，而人工添加高效微生物菌剂可以调节菌群结构，提高微生物活性，从而提高处理效率。所以，能够分离筛选到对人粪尿具有高效降解能力的菌种，是成功的关键。
[0033]在本实施例中生物降解菌分别为粪肠球菌(Enterococcus faecal is)、木糖葡萄球菌(Staphylococcus xylosus)、生孢食纤维菌(Sporocytophaga)、镰刀霉菌(Fusarium)、地衣芽抱杆菌(Bacillus licheniformis)、活动肉杆菌(Carno bacteriummobil)。以上各菌种的主要生物降解功能如下:
粪肠球菌:属于异养型厌氧菌，能产生大量不同种类的胞外酶，能将大分子有机化合物降解为小分子有机物、将小分子有机物降解为二氧化碳和水。
[0034]木糖葡萄球菌:是优异的粪便纤维降解菌，对粪便中的双歧杆菌、乳酸菌等益生菌有高选择性增殖效果，而对大肠杆菌、肠球菌、梭状芽抱杆菌等病原菌则有明显的抑制作用。
[0035]生孢食纤维菌:属兼性厌氧菌，对粪便有高效的腐解功能，是农业好氧堆肥优选的功能性菌种。
[0036]镰刀霉菌:是一种多细胞真菌，它能使粪便中的霉菌毒素温和降解，避免高温、强酸、强碱等易破坏营养成份的环境和条件，达到粪便简易脱毒的目的。
地衣芽孢杆菌:是一种益生菌，可促进粪便纤维素的降解，增进和提高粪便腐解质量。它能有效降解纤维素，更有利于腐解质被吸收和转化。
[0037]活动肉杆菌:是一种化能异养菌，呈革兰氏阳性，异型发酵，在粪便中内既能分解葡萄糖、麦芽糖及果糖，产酸产气，又能消化分解肉渣等有机物。
[0038]如图2所示，这六种单菌种在测定范围时间内对粪便中残留固形物的降解率基本在50?60%之间；如图3、4所示，复合菌种比单菌种有更好的降解作用，其降解率最高可达到73%，这表明分离筛选得到的这6种菌对粪便中的残留固形物有很好的降解作用，并且存在协同降解作用。
[0039]如图3、4所示，为了获取降解率最高的复合菌配比，我们分别配制了图3中所示的六种配比A、B、C、D、E、F，同时在相同的测定时间范围内对粪便中残留固形物的降解率进行测定，如图4所示，发现当粪肠球菌占20%，其余各菌种占比相同，各占16% (即复合菌配比C)时，复合菌的降解率最高，可达73% ;如图3、4所示，我们还发现通过对比复合菌配比A、
B、C时，可以得知，当粪肠球菌占比一定时，其余5中菌占比相同时，降解率最高；通过对比复合菌配比C、D、E、F时，可以得知，当其余五种菌占比相同时，粪肠球菌占20%时，降解率最闻。
[0040]在实际使用前，需要将上述的生物降解菌制备为固体菌剂，具体方法如下:选用麸皮作为固体原料，将麸皮灭菌后分别接入已培养好的单一菌种种子液和各菌种组成的复合菌种种子液(复合菌由粪肠球菌(20%)，其它5种菌(各占16%)组成)，37°C恒温培养三天后观察发现，6株菌和复合菌的固体培养物均较松散、湿润、呈深棕色，并且容器壁与固体培养物上出现大量白色物质，表明各菌种在固体培养物上大量繁殖、长势良好；将培养好的固体菌种摊开、风干后，经粉碎机粉碎得相应的固体菌剂，密封后置于4°C冰箱内保存。
[0041]脱臭效果的确定:采用三点比较式臭袋法对复合菌种培养液和未投加任何菌种的培养液进行对照，以确定其脱臭效果。实验中复合菌种能在5、6天内使新鲜人粪便培养液在经过一段强臭味阶段后基本达到无臭无味，这表明复合菌对人粪便及人粪便在降解过程中所产生的恶臭有较强的脱臭效果，水溶液中的恶臭成分可以被菌种吸附、吸收，使其脱除；进入微生物细胞的恶臭成分作为营养成分被微生物所分解和利用。
[0042]③免水生态厕所的中间性试验
本试验在浙江省绍兴县杨讯桥镇设置了一个35人次的免水生态厕所中试装置，模拟实际运行状况，开展了自主菌剂降解人粪尿的效果研究，从绝对免水与“三零”、“三化”(即零污染、零感染和零废弃物排放；减量化、无害化和资源化)的角度，考证了生物填料中活菌总数与大肠杆菌总数、含水率、灰分、pH、总氮、总磷、COD等指标及其组成的变化情况，并监测了臭气排放浓度。实验结果表明该免水生物降解型生态厕所总体技术指标达到了 “三零”、“三化”的目标。
[0043](I)本免水生物降解型生态厕所不需使用任何清洁水源，达到了绝对免水的目标要求。
[0044](2)本免水生物降解型生态厕所只通过排气筒向外界环境排放少量尾气，尾气中NH3的含量不超过2ppm (1.34mg/Nm3)，H2S未检出，符合GB14554?1993《恶臭污染物排放标准》，基本达到了 “零污染”和“零废弃物排放”的目标要求。随着自主菌剂生物填料中活菌总数的增加，大肠杆菌总数急剧下降，可见自主菌剂对大肠杆菌有极强的抑制作用，而且试验过程中未出现苍蝇与蚊子等有害环境的生物群的集聚，环境卫生条件良好，基本达到了 “零感染”和“无害化”的目标要求。
[0045](3)从灰分的变化和COD的降解情况可以看出，自主菌剂生物填料对人粪尿具有良好的降解能力，以及较好的“减量化”效果。
[0046](4)生物降解过程中，填料中的总磷量是一直在增加的，这是因为降解过程中磷素不可被降解；而总氮的变化有些复杂，并没有很明显的规律，但总体上也是呈上升趋势。可以预见，随着该生态厕所运行时间的延长，失效的生物填料富集了大量的磷、氮等营养物质，可用于有机肥。一般认为堆肥的PH在8?9之间，可以作为肥料施用，而试验过程中自主菌剂生物填料的PH稳定在8.3?8.7之间，符合肥料施用标准，达到了“资源化”的目标要求。
[0047](5)本免水生态厕所运行时仅需每3?4月更换一次填料和菌剂，失效的填料可用作农肥。
【权利要求】
1.一种免水生态厕所，涉及所述厕所内的便器，所述便器下方设置有一与其相连通的生物反应器，其特征在于所述生物反应器底部充填有生物降解菌，所述生物降解菌是由多菌种形成的复合专用菌，所述复合专用菌至少包含有粪肠球菌、木糖葡萄球菌、生孢食纤维菌、镰刀霉菌、地衣芽孢杆菌和活动肉杆菌。
2.根据权利要求1所述的一种免水生态厕所，其特征在于所述生物降解菌中各菌种的质量百分比为:粪肠球菌占15?25%、木糖葡萄球菌占15?20%、生孢食纤维菌占15?20%、镰刀霉菌占15?20%、地衣芽孢杆菌占15?20%、活动肉杆菌占15?20%。
3.根据权利要求2所述的一种免水生态厕所，其特征在于所述生物降解菌中:粪肠球菌所占质量百分比优选为20%。
4.根据权利要求1或2所述的一种免水生态厕所，其特征在于所述生物降解菌中所述木糖葡萄球菌、生孢食纤维菌、镰刀霉菌、地衣芽孢杆菌和活动肉杆菌所占质量百分比相同。
5.根据权利要求1所述的一种免水生态厕所，其特征在于所述生物降解菌是以麸皮作为固体原料的固体菌剂。
6.根据权利要求1所述的一种免水生态厕所，其特征在于所述生物反应器底部充填有生物填料以作为所述生物降解菌的载体，所述生物填料为改性硅藻土，颗粒细度为200目。
7.根据权利要求1所述的一种免水生态厕所，其特征在于所述生物反应器底部设置有一搅拌装置，所述搅拌装置包括一转轴，所述转轴上串联有若干盘片，所述盘片上设置有与所述盘片相垂直的若干翼片，其中所述转轴由一电动机驱动。
8.根据权利要求1所述的一种免水生态厕所，其特征在于所述生物反应器内连接有一通风装置，所述通风装置由风机和与排气管构成；所述风机可正、反转，设置于所述厕所墙壁上，所述排气管的一端与所述风机连通，其另一端与所述生物反应器顶部连通，以对所述生物反应器进行间歇性供风和排气。
9.根据权利要求1所述的一种免水生态厕所，其特征在于所述生物反应器底部设置有温控装置；所述厕所入口设置有红外感应装置，所述红外感应装置与一控制箱连接，所述控制箱还与所述搅拌装置、通风装置以及温控装置连接。
10.一种涉及权利要求1?9中所述的免水生态厕所的运行方法，其特征在于: 当所述红外感应装置未感应到厕所内有人时，所述控制箱分别控制所述搅拌装置、通风装置以及温控装置进行如下操作:所述搅拌装置以7?IOrpm旋转lmin，停转5min之后，再以7?IOrpm旋转lmin，如此往复；所述通风装置间歇交错进行正压供风和负压排气；所述温控装置将所述生物反应器内的腔体温度控制于44-46°C之间； 当所述红外感应装置感应到有人进入厕所时，将此信息反馈给所述控制箱，所述控制箱分别控制所述搅拌装置、通风装置以及温控装置进行如下操作:所述搅拌装置停转；所述通风装置进行负压排气；所述温控装置始终将所述生物反应器内的腔体温度控制于44-46°C之间。
【文档编号】A47K11/02GK103735211SQ201310492310
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】张华 , 张侃, 张巨煌, 姜波 申请人:上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司, 新疆旭日环保股份有限公司