专利名称：不易积累污垢的生态厕所的制作方法
技术领域：
本发明属于卫生设备领域，具体而言，涉及一种不易积累污垢的生态厕所，优选其改进了基因工程的降解菌种，而且其受到更为符合实际情况的智能温度控制。
背景技术：
在本发明人的在前专利(如，中国专利200410088893以及200520110077、200520110078,200520127421和200710003025等)中，提出了微生物降解环保厕所装置
(即，生态厕所)，包括蹲便器、发酵槽、机械传动装置及电控装置，蹲便器安装在蹲位板上 面，蹲便器下面铰接有活动挡板，蹲位板下面安装有电控装置，蹲位板下面设置有发酵槽，发酵槽对应于蹲便器，发酵槽内设置有微生物菌种及载体，发酵槽外底部安装有加热装置，发酵槽外端部安装有机械传动装置，机械传动装置联接发酵槽内的搅拌器。其中，发酵槽是U型槽。然而U型槽的槽内壁容易积聚污垢，尤其是搅拌器搅拌不到的地方，上半部分的内壁距离蹲便器的开口较近，而且不容易受到搅拌器的阻挡，清洁人员定期的例行清理就能清楚；而下半部分的内壁距离蹲便器的开口远，受到搅拌器的阻挡，很难清理，时间一长，其中杂菌丛生，是引起令人不愉快的气味的最主要来源。为此，本发明人在本领域经过长期研究和实践，研究出在采用搅笼结构的搅拌器中，在螺旋形搅笼的顶部设置平行于搅笼轴的刮板，就可以刮除积累在槽内壁下半部分的污垢，防止污垢的积累。进一步地，本发明人结合最新研究发现的性能优异的降解酶，通过基因重组手段导入以前获得的性质优异的菌种中，构成活性菌种，进一步优化了降解效果，防止污垢的积累。加之配合智能温控的发酵槽，尽可能地缓解了适应性较弱的基因工程菌在实际如厕情况下所面临的骤冷和骤热条件，使得菌种保持良好的降解活性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供改进的不易积累污垢的生态厕所，使得其能够适应现有的U型发酵槽的改进，进一步地更为符合实际如厕频率以及如厕习惯。具体而言，本发明提供了不易积累污垢的生态厕所，包括蹲便器、发酵槽、机械传动装置及电控装置，蹲便器安装在蹲位板上面，蹲便器下面铰接有活动挡板，蹲位板下面安装有电控装置，蹲位板下面设置有发酵槽，发酵槽对应于蹲便器，发酵槽内设置有微生物菌种及载体，发酵槽外底部安装有加热装置，发酵槽外端部安装有机械传动装置，机械传动装置联接发酵槽内的搅拌器，其中，发酵槽是U型槽；搅拌器为搅笼结构，其包括搅笼轴及其上接联有的螺旋形搅笼，搅笼通过搅拌杆与搅笼轴联接，而搅笼轴的一端与机械传动装置相连，其特征在于，搅笼的顶部设置平行于搅笼轴的刮板。优选本发明的生态厕所中，刮板的中间连接于搅笼的顶部。通常，搅拌杆连接搅笼的一端，连接在搅笼的顶部，这样能够最大限度的支撑起搅笼，刮板中间点也连接在搅笼的顶部，这样有利于保持平衡，优选搅拌杆连接搅笼的一端、搅笼的顶部和刮板的中间点这三者焊接在一起。为了能够充分刮除发酵槽壁上的污垢，优选本发明的生态厕所中，刮板的长度不小于相邻两个搅拌杆的间距。当然，刮板的长度应当小于相邻两个搅拌杆的间距的两倍。微生物菌种可以是现有技术中的，如本发明记载的文献中的那些。但是，本发明人发现，容易积累的污垢，含有大量纤维素及其降解产物或类似物，如木聚糖，而在前的微生物菌种的复合菌剂中木聚糖酶活性比较低，重新引入新的菌种，会提高的复合菌剂的复杂程度，降低其稳定性。因此，本发明人通过研究和咨询，发现了新的木聚糖酶基因，其适合酵母表达，而不适合芽胞杆菌表达，通过基因工程技术，它能特异地使本发明人的优异的酵母菌株进一步获得木聚糖酶活性。所以，优选本发明的生态厕所中，微生物菌种包含枯草芽孢杆菌ZL-1012株、地衣芽孢杆菌ZL-1013株。和带有木聚糖酶基因的酵母基因工程菌株。优选其中木聚糖酶基因编码氨基酸序列如SEQ ID No:2所示的木聚糖酶。在本发明的具体实施方式
中，带有木聚糖酶基因的酵母基因工程菌株是带有核苷酸序列如SEQ ID No:l所示的基因的酿酒酵母ZL-1011株。在现有的生态厕所中，在蹲便器的侧面或后面安装有光电感应器，光电感应器与 电控装置相连接。通过测定如厕者是否靠近蹲便器，来判别是否通过电控装置来启动与机械传动装置联接的搅拌器；而且，现有技术中对发酵槽外底部安装的加热装置的说明基本都是保持适宜微生物生长温度的恒温装置的简略描述，如发酵槽温度下降到33°c以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，没有研究过发酵槽温度受如厕频率的影响。而本发明人在本领域经过长期研究和实践，发现如厕频率以及如厕习惯会对发酵槽温度(尤其是短期温度)及受其影响的微生物(尤其是基因工程菌)活性产生不可忽视的作用，影响包括过多进入发酵槽的水分(主要是尿液)，会使得发酵槽中温度过低而不容易在短期内升温到适宜微生物发酵的温度，甚至会使得微生物大量死亡或大面积失活，从而影响发酵处理效果，使得厕所容易产生令人不愉快的效果；而同时排入尿液和粪便，固体粪便在搅拌下会吸收掉水分，导致针对微生物的降温不会很迅速，如果以大功率长时间加热，容易局部温度过高，反而使得微生物死亡或失活，从而影响发酵处理效果。基于本发明人的这些研究发现，本发明人进一步在加热装置、电控装置以及光电感应器上进行全面的改进，获得了更为符合实际如厕频率以及如厕习惯的智能温度控制发酵槽的生态厕所。因此，优选本发明提供的智能温度控制的生态厕所中，在蹲便器的侧面或后面安装有第一光电感应器，位于第一光电感应器上方还有O. 6-1. 6米的第二光电感应器,加热装置包括250-350W、400-500W和550-650W三档加热功率，而且第一光电感应器和第二光电感应器都与电控装置相连接，电控装置控制加热装置的开关和功率以及机械传动装置的开启和关闭。该厕所的智能控制运行如下
在没有如厕者的时候，即第一光电感应器和第二光电感应器都没有探测到在蹲便器上有障碍物，则电控装置以加热装置中的250-350W的低档加热功率(在北方冬季，以加热装置中的400-500W的中档加热功率)，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温(开启相应功率的加热装置)，温度上升至38°C以上就停止加温(关闭加热装置)，而且电控装置控制机械传动装置每隔一段时间(如，I小时)运行3分钟；
当探测到如厕者小便或者大便的时候，电控装置控制机械传动装置在此期间始终运行，当探测到如厕者离开的时候，电控装置继续控制机械传动装置继续运行3分钟，以后按照没有如厕者的时候运行；
当有男性如厕者小便的时候，即第一光电感应器和第二光电感应器都能探测到在蹲便器上有障碍物，且时间不长于3分钟，则电控装置以加热装置中的550-650W的高档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，在探测到男性如厕者离开(第一光电感应器和第二光电感应器都不能探测到在蹲便器上有障碍物)后的2分钟内，电控装置继续控制加热装置如有男性如厕者小便的时候那样运行，2分钟后按照没有如厕者的时候运行；
当有女性如厕者小便的时候，即第一光电感应器能探测到在蹲便器上有障碍物，而第二光电感应器不能探测到，且时间不长于3分钟，则电控装置以加热装置中的550-650W的高档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，在探测到女性如厕者离开(第一光电感应器和第二光电感应器都不能探测到在蹲便器上有障碍物)后的2分钟内，电控装置继续控制加热装置如有女性如厕者小便的时候那样运 行，2分钟后按照没有如厕者的时候运行；
当有如厕者大便的时候，即第一光电感应器能探测到在蹲便器上有障碍物，而第二光电感应器不能探测到，且时间长于3分钟，则电控装置以加热装置中的550-650W的高档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，至3分钟后仍旧保持如厕者大便的状态，则电控装置以加热装置中的400-500W的中档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，在探测到如厕者离开(第一光电感应器和第二光电感应器都不能探测到在蹲便器上有障碍物)后的2分钟内，电控装置以加热装置中的550-650W的高档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，2分钟后按照没有如厕者的时候运行。其中，第一光电感应器和第二光电感应器中的“第一”和“第二”用于表示光电感应器所处位置上的不同，并不是表示光电感应器的结构不同。在本发明中，第一光电感应器和第二光电感应器可以采用同型号的光电感应器，如目前厕所中常用的红外感应器。优选本发明的生态厕所中，第二光电感应器位于第一光电感应器上方O. 8-1. 5米，更优选1-1. 4米,最优选I. 3米。优选本发明的生态厕所中，加热装置包括300W、450W和600W三档加热功率。加热装置的加热功率的控制，可以通过其中加热元件的数量来实现。例如，加热装置中有12根50W的加热棒，则均匀间隔开启其中6根，可以实现300W的低档加热功率，对称开启其中9根，可以实现450W的中档加热功率，全部开启其中12根，可以实现6000W的高档加热功率。还可以进一步优选在现有技术中已经存在的技术特征，例如优选本发明的生态厕所中，加热装置的加热保护罩联接在发酵槽底部的外侧壁上，加热保护罩内设置有加热元件，加热元件迂回排列；
发酵槽内有温度探测器，温度探测器与电控装置连接；
搅笼轴两端设置在发酵槽的前后壁上，搅笼轴一端安装有通孔滑动轴承，另一端安装有盲孔滑动轴承；
机械传动装置包括电机底座及其上安装有的电机及减速机，其中减速机的输出轴上安装有双列链轮，双列链轮连动链条，链条连动单列链轮，单列链轮安装在搅拌器的搅笼轴上；
蹲便器的活动挡板为水平移动式开合；
载体为木屑、锯末、刨花、蔗渣、农作物秸杆或壳之一种或几种组合的疏松剂；和/或该生态厕所还设置排气管和/或排气扇，例如，蹲位板后部可以安装有排气管和/或排气扇，而且排气管可以与发酵槽相通。本发明取得的有益效果在于，更加不易于积累污垢地使大小便在微生物菌种作用下消化降解处理成达标气体排放，不用水冲，免清运，无污染，清洁卫生，环保节能，实现自动化；而且，本发明的生态厕所可以在现有生态厕所的基础上，通过更换和/或加装刮板、微生物菌种、加热装置、电控装置和/或光电感应器即可完成升级改造，成本低，使用方便、安全、寿命长，不受气温所限，适用地区广泛。本发明引用的现有技术文献全部纳入本文参考，就好像它们在本文中全部重新记 载了一遍那样。以下将通过具体实施方式
和附图来进行详细说明。需要注意的是实施方式和附图仅仅是示例性的描述，要求保护的范围并不受此限制，本领域技术人员根据本发明，能够获得等同的技术方案。
图I显示了本发明的生态厕所的结构示意图 图2显示了本发明的U型发酵槽的俯视图
具体实施例方式实施例I具有降解活性的基因工程菌及菌剂的获得
我们委托北京中科隆泰生物科技有限公司对新的木聚糖基因进行序列分析，发现其核苷酸序列如序列表的SEQ ID No:l所示，所编码的木聚糖酶的氨基酸序列如SEQ IDNo:2所示。然后，在我们的酿酒酵母ZL-1011株(保藏号为CGMCC No. 2018，参见中国专利200710142813. 4)这一优异菌株的基础上，根据《分子克隆实验指南》以及所用商品化试剂的操作指南，委托其构建基因工程菌，简而言之，即将编码该木聚糖酶的基因用正向引物如序列表的SEQ ID No: 3所示(引入了Kpn I内切酶位点)、反向引物如序列表的SEQ ID No:4所示GIATXba I内切酶位点)扩增后用Kpn I和Xba I双酶切，并与经这两个内切酶酶切的pGAPZ a A质粒(可购自Invitrogen公司)用Τ4 DNA连接酶进行连接,转化入大肠杆菌DH5a中。挑出阳性克隆，抽提出其中的质粒，经测序验证正确后，将阳性质粒用Bln I酶切线性化后，通过电转化法转化入酿酒酵母ZL-1011株，在含Zeocin的平板上挑出阳性酵母基因工程菌株。我们将上述阳性酵母基因工程菌株接种到50ml YPD液体培养基(各成分重量百分比1%酵母浸提物、2%蛋白胨、2%葡萄糖，pH为7. 2)中，于31°C、150rpm培养至0D600达到3. 0，然后继续培养36小时，过滤并保留培养的上清液，该上清液经SDS-PAGE检测其中富含木聚糖酶对应的蛋白质，由此发酵得到木聚糖酶上清液；同时，用未转化的酿酒酵母ZL-1011株作为空白对照，同样培养并获取上清液。然后测定各上清液中的木聚糖酶活性，结果如表I所示，表明基因工程菌株的培养能够大幅增加木聚糖降解的活性，从而有利于减少木聚糖的粘附作用。表I本发明和市售的木聚糖酶的高温脱水酶活损失率
发酵菌株 I酶活 基因工程菌株 I. 53*104IU/L 空白对照 |θ. 08*104IU/L
然后，用上述带有木聚糖酶基因的酵母基因工程菌株代替本发明人的中国专利
200710165478. X中菌剂A配方中的酿酒酵母ZL-1011株，形成菌剂C，其包括枯草芽孢
杆菌ZL-1012株(保藏号为CGMCC No. 2019)、地衣芽孢杆菌ZL-1013株(保藏号为CGMCC
No. 2020)和带有木聚糖酶基因的酵母基因工程菌株。具体菌剂C的制备方法如下在培养
基(蛋白胨10. O克、酵母提取物I. O克、糖蜜5. O克、水I. O升，自然pH)中液体培养带有
木聚糖酶基因的酵母基因工程菌株，培养条件是以28°C摇床(200转/分)振荡培养48小
时，得酵母菌液；在培养基(蛋白胨10. O克、酵母提取物I. O克、糖蜜5. O克、NaCl 5克、水
I.O升，用IM NaOH调pH至7. 2)中分别液体培养保藏号为CGMCC No. 2019的枯草芽孢
杆菌ZL-1012株和保藏号为CGMCC No. 2020的地衣芽孢杆菌ZL-1013株，培养条件是以
37°C摇床(200转/分)振荡培养40小时，得个各自细菌菌液。然后，分别用Ikg木屑与各
自菌液混合均匀，于室温晾干，分别制备出仅包含单一菌种的菌剂。然后，将上述制备好的
3种单一菌剂，等量混合，即构成复合菌剂。实施例2本发明的生态厕所及其使用
在中国专利200410088893的厕所的基础上，增加刮板和采用实施例I改进的复合菌齐U，已经能够使得本发明的生态厕所能够在比较理想的条件(如厕者频率均匀)下，防止污垢在发酵槽中积累。但是为了应付更为实际的情况，本发明人还在加热装置、电控装置以及光电感应器上进行了全面的改进。具体而言，本发明的生态厕所I的结构如图I所示，包括蹲便器6、发酵槽4、机械传动装置10及电控装置，蹲便器6安装在蹲位板3上面的空间2内(其中可以供人如厕)，蹲便器6下面铰接有活动挡板，蹲位板3下面安装有电控装置，蹲位板3下面设置有发酵槽4，发酵槽4对应于蹲便器6，发酵槽4内设置有实施例I制备的复合菌剂，发酵槽4外底部安装有加热装置，发酵槽4外端部安装有机械传动装置10，机械传动装置10联接发酵槽4内的搅拌器5，而且在蹲便器6的侧面或后面安装有第一光电感应器9，其还包括位于第一光电感应器9上方I. 3米的第二光电感应器8，加热装置包括300W、450W和600W三档加热功率，而且第一光电感应器9和第二光电感应器8都与电控装置相连接，电控装置控制加热装置的开关和功率以及机械传动装置的开启和关闭，发酵槽4内有温度探测器，温度探测器与电控装置连接。另外，该厕所I还具有排气管7。其中，发酵槽4是U型槽；如图2所示，搅拌器5为搅笼结构，其包括搅笼轴51及其上接联有的螺旋形搅笼52，搅笼52通过搅拌杆53与搅笼轴I联接，搅笼52的各个顶部设置平行于搅笼轴51的刮板54 ;搅笼轴51两端设置在发酵槽4的前后壁上，搅笼轴51的一端与机械传动装置10相连从而能够转动。刮板54的中间连接于搅笼52的顶部；每个刮板54的长度不小于相邻两个搅拌杆53的间距，从而能够不在U型发酵槽下部流下污垢积累的死角。电控装置可以是微电脑，甚至简单的单片机都能实现，其控制流程如下
无如厕者状态，即第一光电感应器和第二光电感应器都没有探测到在蹲便器上有障碍物，时间超过2分钟，则电控装置根据温度探测器的实时信息，以加热装置中的300W的低档加热功率(在北方冬季，以加热装置中的450W的中档加热功率)，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温(开启相应功率的加热装置)，温度上升至38°C以上就停止加温(关闭加热装置)；而且，电控装置控制机械传动装置每隔I小时运行3分钟；
第一光电感应器和第二光电感应器之任一探测到在蹲便器上有障碍物的时候，电控装置控制机械传动装置在此期间始终运行，当第一光电感应器和第二光电感应器探测到在蹲便器上有障碍物都消失的时候，电控装置继续控制机械传动装置继续运行3分钟，以后按照无如厕者状态运行；第一光电感应器和第二光电感应器之任一探测到在蹲便器上有障碍物的时候，活动挡板均呈移开状态。第一光电感应器和第二光电感应器都探测到在蹲便器上有障碍物的时候，电控装置以加热装置中的600W的高档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，当在3分钟内第一光电感应器和第二光电感应器都没有探测 到有障碍物，此时继续如此控制加热装置2分钟，以后按照无如厕者状态运行；第一光电感应器和第二光电感应器始终都探测到有障碍物，当超过3分钟时停止运行加热装置(因为一般此人并不在大小便，可以认为是在恶作剧或者做其他事)，直至第一光电感应器和第二光电感应器都没有探测到有障碍物，此时按照无如厕者状态运行；
第一光电感应器能探测到在蹲便器上有障碍物，而第二光电感应器不能探测到，则在3分钟内，电控装置以加热装置中的600W的高档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，至3分钟后仍旧保持第一光电感应器能探测到在蹲便器上有障碍物，而第二光电感应器不能探测到的状态，则电控装置以加热装置中的450W的中档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，直至在第一光电感应器和第二光电感应器都不能探测到在蹲便器上有障碍物的时候，此时及以后2分钟，电控装置以加热装置中的600W的高档加热功率，在发酵槽温度下降到33°C以下就开始加温，温度上升至38°C以上就停止加温，2分钟后按照没有如厕者的时候运行。以上设备和状态可以很好地符合男女如厕的习惯，在测试三个月期间，不分男女厕所，定期清洁工作减半，都没有令人不愉快的气味产生。
权利要求
1.不易积累污垢的生态厕所，包括蹲便器、发酵槽、机械传动装置及电控装置，蹲便器安装在蹲位板上面，蹲便器下面铰接有活动挡板，蹲位板下面安装有电控装置，蹲位板下面设置有发酵槽，发酵槽对应于蹲便器，发酵槽内设置有微生物菌种及载体，发酵槽外底部安装有加热装置，发酵槽外端部安装有机械传动装置，机械传动装置联接发酵槽内的搅拌器，其中，发酵槽是U型槽；搅拌器为搅笼结构，其包括搅笼轴及其上接联有的螺旋形搅笼，搅笼通过搅拌杆与搅笼轴联接，而搅笼轴的一端与机械传动装置相连，其特征在于，搅笼的顶部设置平行于搅笼轴的刮板。
2.权利要求I所述的生态厕所，其中刮板的中间连接于搅笼的顶部。
3.权利要求I所述的生态厕所，其中刮板的长度不小于相邻两个搅拌杆的间距。
4.权利要求I所述的生态厕所,其中微生物菌种包含枯草芽孢杆菌ZL-1012株、地衣芽孢杆菌ZL-1013株、和带有木聚糖酶基因的酵母基因工程菌株。
5.权利要求4所述的生态厕所，其中木聚糖酶基因编码氨基酸序列如SEQID No:2所示的木聚糖酶。
6.权利要求4所述的生态厕所，其中带有木聚糖酶基因的酵母基因工程菌株是带有核苷酸序列如SEQ ID No: I所示的基因的酿酒酵母ZL-IOll株。
7.权利要求I所述的生态厕所，其中在蹲便器的侧面或后面安装有第一光电感应器，位于第一光电感应器上方还有O. 6-1. 6米的第二光电感应器，加热装置包括250-350W、400-500W和550-650W三档加热功率，而且第一光电感应器和第二光电感应器都与电控装置相连接，电控装置控制加热装置的开关和功率以及机械传动装置的开启和关闭。
8.权利要求7所述的生态厕所，其中加热装置包括300W、450W和600W三档加热功率。
9.权利要求7所述的生态厕所，其中第二光电感应器位于第一光电感应器上方O.8-1. 5米，优选1-1. 4米，最优选I. 3米。
10.权利要求I所述的生态厕所，其中加热装置的加热保护罩联接在发酵槽底部的外侧壁上，加热保护罩内设置有加热元件，加热元件迂回排列。
全文摘要
本发明提供了不易积累污垢的生态厕所，包括蹲便器、发酵槽、机械传动装置及电控装置，蹲便器安装在蹲位板上面，蹲便器下面铰接有活动挡板，蹲位板下面安装有电控装置，蹲位板下面设置有发酵槽，发酵槽对应于蹲便器，发酵槽内设置有微生物菌种及载体，发酵槽外底部安装有加热装置，发酵槽外端部安装有机械传动装置，机械传动装置联接发酵槽内的搅拌器，其中，发酵槽是U型槽；搅拌器为搅笼结构，其包括搅笼轴及其上接联有的螺旋形搅笼，搅笼通过搅拌杆与搅笼轴联接，而搅笼轴的一端与机械传动装置相连，而且搅笼的顶部设置平行于搅笼轴的刮板。
文档编号E03D9/10GK102912842SQ20121046372
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月18日 优先权日2012年11月18日
发明者魏隆基, 张玲, 李东祥 申请人:生态洁环保科技股份有限公司