粪尿负压密闭收集与处理利用装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种粪尿负压密闭收集与处理利用装置，包括气冲厕所系统、过滤-生物干化系统和高浓度粪尿蒸发系统，所述气冲厕所系统包括气冲便器和真空泵，所述过滤-生物干化系统设有用于对物料进行过滤和生物干化处理的装填有机废弃物填料的过滤-生物干化装置，所述高浓度粪尿蒸发系统设有用于对滤液进行浓缩杀菌处理的负压蒸发器，负压蒸发器产生的蒸汽用于加热浓缩液并最终成为冷凝水，过滤-生物干化装置排放的固体物可作为有机肥，负压蒸发器排放的浓缩液可作为液体有机肥。本发明产生的黑水总量小，处理设备相对较为简单，操作方便，处理后的无害化、资源化程度高，对环境的影响小，可用于各种公厕和户厕，实现污水的零排放和肥料化。
【专利说明】粪尿负压密闭收集与处理利用装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种粪尿负压密闭收集与处理利用装置和方法，主要用于收集便器的 粪便后进行处理，形成可以利用的肥料等。
【背景技术】
[0002] 现有便器的粪便多采用重力收集，冲水后依据混合物自身所受的重力向下流，流 入化粪池进行消化和无害化处理，这种粪便收集和处理方式的缺陷一是耗水量很大，进而 导致处理量也很大，往往需要建设很大规模的地下化粪池，另外，处理效果不理想，无法满 足无害化、减量化和资源化利用的要求。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种粪尿负压密闭收集与处理利用 装置，这种收集方式产生的便液总量小，处理设备相对较为简单，操作方便，处理后的无害 化、资源化程度高，对环境的影响小。
[0004] 本发明所采用的技术方案： 一种粪尿负压密闭收集与处理利用装置，包括气冲厕所系统、过滤-生物干化系统和 高浓度粪尿蒸发系统，所述气冲厕所系统包括气冲便器和负压机组，所述负压机组包括负 压收集罐和用作负压源的真空泵，所述真空泵的抽气管道连接所述的负压收集罐，所述负 压收集罐设有黑水进口和黑水出口，所述气冲便器的黑水排放口和所述负压收集罐的黑水 进口通过负压收集管道连接，所述过滤-生物干化系统设有用于对物料进行过滤和生物干 化处理的装填有机废弃物填料的过滤-生物干化装置，所述过滤-生物干化装置设有进液 口、滤液出口、固料进出料装置、进气口和出气口，所述负压收集罐的黑水出口通过黑水输 送管道连接所述过滤-生物干化装置的进液口，所述高浓度粪尿蒸发系统设有用于对滤液 进行浓缩杀菌处理的负压蒸发器、预热器和换热器，所述负压蒸发器设有进料口、负压抽气 口、蒸汽出口和浓缩液排放口，所述过滤-生物干化装置的滤液出口通过滤液输送管道连 接所述预热器的吸热介质进口，所述预热器的吸热介质出口与所述换热器的吸热介质出口 相连，所述换热器的吸热介质出口连接所述负压蒸发器的进料口，所述负压蒸发器的蒸汽 出口通过蒸汽管道连接所述换热器的放热介质进口，所述换热器的放热介质出口连接所述 预热器的放热介质进口，所述预热器的放热介质出口连接再生水排放口，所述负压蒸发器 的浓缩液排放口经浓缩液管道分别与液态肥排放口和所述过滤-生物干化装置的进液口 相连。
[0005] 优选地，所述气冲便器包括便盆、负压腔和两个膜片阀，所述负压腔设有进液通道 和排放通道，所述负压腔的进液通道连通所述便盆，所述负压腔的排放通道的出口构成所 述气冲便器的黑水排放口，所述两个膜片阀分别为设置在所述负压腔的进液通道上的进口 膜片阀和设置在所述负压腔的排放通道上的排放口膜片阀，所述进口膜片阀配有手动开启 按钮或感应开启按钮，所述进口膜片阀和所述排放口膜片阀配有自动排放控制装置，所述 自动排放控制装置设有位于所述负压腔内的料位传感器，依据所述负压腔内的料位开启或 关闭所述进口膜片阀和所述排放口膜片阀。
[0006] 优选地，所述气冲便器的负压腔位于所述便盆的后部和/或底部，冲厕时通过所 述手动开启按钮或如厕感应器自动打开所述进口膜片阀，所述便盆里的黑水在外界大气压 与所述负压腔内负压的压差作用下迅速进入所述负压腔，经过设定的开启时间后所述进口 膜片阀自动关闭，当所述负压腔内的黑水达到设定高度后或每次大便后，所述自动排放控 制装置依据所述料位传感器的料位信号或手动开启信号同时自动开启所述进口膜片阀和 排放口膜片阀，所述负压腔内的黑水在所述负压收集管道的负压作用下流入所述负压机组 的负压收集罐，经设定时间后所述进口膜片阀关闭，所述负压腔恢复负压，然后所述排放口 膜片阀关闭，所述自动排放控制装置、进口膜片阀和排放口膜片阀均依靠负压工作，所述各 处的负压均由所述负压机组的真空泵提供。
[0007] 优选地，所述气冲便器只用气体作为载体输送粪尿，仅在大便后或需要保洁时用 少量水冲洗，所述便盆采用能够使大便在少量尿液润滑作用下顺利通过便盆排放口的结 构。
[0008] 优选地，所述过滤-生物干化系统的过滤_生物干化装置的数量为两组，所述两组 过滤-生物干化装置采用构造相同的密闭箱式装置，相互并联，每组装置设有一个或多个 处理仓，所述处理仓采用抽屉式结构，所述抽屉的壁或底采用孔板制成或者带有若干孔，抽 屉里设有由透水透气的网布制成的滤袋，所述有机废弃物填料装在所述滤袋内，所述抽屉 可以拉出和推入关闭，是所述的固体物料进出料装置，所述抽屉上方有均布小孔的布料管， 所述布料管连接所述过滤-生物干化装置的进液口，所述抽屉的下方设有底板，所述抽屉 和底板之间有滤液出料管，所述滤液出料管与所述过滤-生物干化装置的滤液出口相连。 [0009] 优选地，所述处理仓还设有空气进口和空气出口，所述处理仓的空气进口和空 气出口分别设置在箱体下侧壁和箱体顶部上，所述处理仓的空气进口通过管道与所述过 滤-生物干化装置的进气口相连，所述过滤-生物干化装置的进气口与所述负压机组的真 空泵的排气管道相连和/或与单独配备的鼓风机相连，用于所述过滤-生物干化装置内的 通风供氧，所述处理仓的空气出口通过管道与所述过滤-生物干化装置的出气口相连，所 述过滤-生物干化装置的出气口通过管道连接有除臭器。
[0010] 优选地，所述过滤-生物干化装置集过滤和生物干化为一体，两功能按时序切换， 起始时主要为进料和过滤过程，黑水经所述过滤-生物干化装置的进液口流入所述布料 管，由所述布料管由上而下喷洒在所述处理仓内的所述有机废弃物填料上，黑水中的异物 和颗粒物大部分被所述有机废弃物填料的过滤作用所截留，起到负压蒸发前的预过滤作 用，5?7天后这组过滤-生物干化装置停止进黑水，进入生物干化阶段，可以由所述真空 泵排出的气体给所述处理仓供氧，同时起到过滤截留所述真空泵的排气中的臭味物质的作 用，必要时可以由所述鼓风机按需间歇通风供氧，使所述处理仓内的有机废弃物填料和被 截留物以及后期经所述布料管喷淋进入的浓缩液开始高温好氧发酵，靠微生物呼吸代谢所 产生的生物热能提高温度并实现蒸发干化，反应过程中通过优化通风控制实现微好氧状 态，避免大量臭味气体产生，同时所述处理仓内的物料温度可维持在50?70°C> 5天，以消 除卫生学污染，最终得到固体有机肥。
[0011] 优选地，所述过滤-生物干化装置也可作为过滤和厌氧反应器使用，经过进料和 过滤过程后，不给所述处理仓通风供氧，用滤液循环泵将所述处理仓产生的部分滤液打回 所述处理仓，延长反应停留时间，制得的沼气用来发电并驱动系统运行，其余以做饭或照明 等方式利用。
[0012] 优选地，所述负压蒸发器的负压抽气口与所述真空泵的抽气管道相连，使所述负 压蒸发器内的滤液在负压和较低温度下达到沸点蒸发，所述蒸发器与所述换热器之间设有 热泵，回收利用二次蒸汽的能量，有效减少热能消耗，所述负压蒸发器的浓缩液排放口既可 以直接排出浓缩液作为液态肥，又可以泵送浓缩液至所述过滤-生物干化装置进一步浓缩 干化成固体肥料，上述特征使负压蒸发系统适用于高浓度粪尿这种特殊物料，同时有效降 低蒸发能耗，将所述负压蒸发器的蒸汽送入换热器和预热器放热，冷凝成水从再生水出口 流出，以便作为再生水利用。
[0013] 优选地，应用所述气冲便器，在源头显著减少黑水总量，从而节省占地和处理成 本，所述负压蒸发系统和所述过滤-生物干化系统的设计工艺参数可以灵活互补，在有足 够空间情况下尽可能增大所述过滤-生物干化系统负荷以降低能耗，在空间不足情况下尽 可能增大所述负压蒸发系统负荷以节省占地，所述气冲厕所系统、过滤-生物干化系统和 高浓度粪尿蒸发系统协同利用所述真空泵抽气和排气，以节省设备配置、增强臭味物质截 留和处理效果并简化管理流程，用所述过滤-生物干化系统的生物干化功能为浓缩液深度 脱水制备固体肥料，避免负压蒸发系统浓缩高浓度粪尿至较低含水率所导致的能耗增加、 换热器结垢、出料困难等问题，实现全系统稳定运行。
[0014] 本发明的有益效果：由于通过气冲便器和负压收集，无需使用大量的水冲厕，特别 是由于先将便盆里的便液收集到气冲便器的负压腔内，依靠负压腔内的负压先行将便盆内 的便液收集起来，达到一定的程度后再接通负压收集管道将负压腔里的便液(黑水）输送到 负压收集罐中，由此大幅度减小了负压的消耗量(动力消耗量）和冲厕水的使用量；由于在 负压腔的进排口都设置了膜片阀，所述进口膜片阀和排放口膜片阀在不工作时严格密封， 由于通过负压腔内的料位传感器，根据料位高度进行负压腔的排放，并且所有动力都来自 与统一的负压源，不仅便于使用，而且无需设置电力，有利于减小生产成本和运行费用；由 于气冲厕所系统、过滤-生物干化系统和高浓度粪尿蒸发系统协同利用真空泵抽气和排 气，增强臭味物质截留和处理效果并简化管理流程；由于对黑水采用了过滤和生物干化一 体的过滤-生物干化装置进行处理，依靠生化反应过程的热量就可以实现干化，不仅干化 的效果好，而且成本低，同时还实现了对物料的深度处理；由于采用了设置了可生化的有机 废弃物填料，同时具有过滤和吸附作用，有利于增强生化反应程度，提高反应深度，改善净 化效果，特别是这些可生化的填料采用秸杆等低廉甚至废弃的生物质，不仅有利于降低成 本，而且还为这些废弃的生物质找到了资源化利用的途径，使其经过生化反应后变为有机 肥等有用物料；由于采用有机填料进行过滤，不仅不需要单独设置过滤工艺，简化了工艺过 程，而且便液里的大颗粒物料基本上都是能够生化处理的，使这些物料停留在填料中，不仅 有利于减少滤液中的颗粒物，而且还有利于生化反应的顺利进行；由于通过负压形成的动 力进行便液的输送，可以在负压收集管道上或者在负压收集罐内（例如在负压收集罐内靠 近进口的区域）设置旋流/湍流区，使气液混合流在旋流/湍流区内相互剧烈混合和冲击， 由此将混杂在黑水中的大块物质(例如纸等）冲击碎，鉴于这些物质往往已经在负压腔内浸 泡了一定的时间或者至少已经在负压腔内与汇集在负压腔内的便液混合，依据 申请人:的实 验，这些大块物质都可以经过这种方式破碎，并且，在常用负压下，增加旋流/湍流区不会 出现运行不畅的问题，所述旋流/湍流区可以通过将负压收集管设置成弯道形成旋流/湍 流，也可以在所述负压收集罐内靠近进口的部位设置导流板形成旋流/湍流，或者同时采 用上述两种能够形成旋流/湍流的结构，由于来自负压腔的黑水中的大块物料经旋流/湍 流破碎，进入过滤-生物干化装置后，黑水中的固体物(包括固体、胶状和絮体等各种能够 被滤料滤除的物料）不会全部被隔离在填料的表面，而是给较为均匀地截留在填料中，由此 明显地改善了生物反应和干化的效果，有利于保持处理仓内生化反应的均匀性，使处理仓 中各处的生物反应对环境条件(含氧量、温度等）的需求是相同的，只要通过适宜的通风控 制和温度控制，就可以使处理仓内各处的反应均处于优化状态，由于各处的反应均处于优 化状态，还能够明显地减少异味；由于采用了抽屉式的处理仓，特别是将填料装在透水透气 的滤袋里，不仅方便了处理仓中填料的装卸，而且还可以根据需要非常方便地进行翻料和 倒料(翻、倒整个滤袋即可）；由于采用了预热器和换热器，可以在浓缩液进入负压蒸发器之 前对其进行加热升温，有利于改善蒸发效果；由于采用负压蒸发器进行负压下的蒸发，可以 借助统一的负压源(真空泵)，无需增加新的设备和动力消耗；由于可以将负压蒸发器排出 的部分或全部浓缩液返回处理仓，不仅可以对处理仓内的生化反应体系进行调质，以利于 生化反应，而且也是对这些浓缩液的进一步浓缩和处理，进一步实现了减量化。
[0015] 对过滤生-物干化装置处理后排出的固体物料实现无害化，可以直接用作有机肥 或制备有机肥的原料，经过负压蒸发形成的浓缩液可以直接用作液态有机肥或用作制备其 他有机肥的原料（由此可以将这些浓缩液称为液态肥)，负压蒸发产生的蒸汽经过换热冷凝 后形成再生水，可以在一定场合下使用，例如苗木浇灌，由此实现了粪尿中各种成分的有效 利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的简化流程示意图； 图2是本发明的流程示意图。
【具体实施方式】
[0017] 参见图1和图2,本发明的目的是提供一种低成本的粪尿密闭收集与处理利用装 置，来解决现有常规收集处理方案能耗高、工艺复杂、维护难度大以及卫生条件差等问题。
[0018] 本发明用气冲便器(气冲厕所)收集粪尿，通过过滤-生物干化-负压蒸发过程，制 取富含营养素的液态有机肥和再生水。以粪尿为主的便液(黑水)在负压作用下经密闭的负 压收集管道集中收集到负压收集罐中，然后依据工艺流程，持续或间歇地送入过滤-生物 干化装置，粪尿中的异物和颗粒絮体等经处理仓中的滤料过滤后被截留在滤料中；滤液进 入负压蒸发器，负压下在50°c-70°c时达到沸点蒸发，回收蒸汽(可形成冷凝水)和得到浓缩 液；浓缩液可直接做液态肥，或被均匀喷洒在过滤-生物干化装置的填料中，同源自黑水的 过滤截留物和填料一起通过生物氧化，反应放热使物料被进一步干燥，最后形成富含营养 素的固态有机肥。
[0019] 本发明主要涉及如下几个处理装置和处理过程： (1)气冲厕所： 气冲便器是气冲厕所系统的主要设备，以负压为动力，以气体为输送载体传输由尿液 和粪便(冲厕时还有少量冲厕水）混合而成的便液(黑水)，气冲便器的外形与常规水冲厕所 的便器基本相同，内部配有负压腔和两个膜片阀，负压腔通过负压收集管道连接负压收集 罐，利用尿液流动性好有润滑效果的特点，依靠负压作用，用环境空气冲走粪尿，这种冲厕 方式适用于各类公厕、户厕。
[0020] 气冲便器由常规的便盆、负压腔、膜片阀、料位传感器、控制装置和冲厕按钮(手动 开启按钮）等构成，不冲厕时，负压腔的进口膜片阀和排放口膜片阀均关闭密闭，杜绝不良 气味外溢，冲厕时进口膜片阀打开，便液在外界大气与负压腔的压力差作用下迅速进入负 压腔。当负压腔物料达到设定的体积(料位高度)后，料位传感器开启负压腔两端的膜片阀， 便液经负压收集管道流向集中的集液仓，当需要进行便器保洁时，可用少量洗手水或后续 处理工艺产生的再生水用软管或容器(如茶杯）撒入便器，阀门的开启和关闭不需额外形式 的能量，而是利用系统负压本身。
[0021] 现有普通负压(真空）便器虽然用水量远低于常规节水便器，但是污水即来即冲， 哪怕是少量的尿液也需要大量气体和少量水混合输送，而本发明在便器内加上负压腔，负 压腔常态维持负压，尿液先耗费少量气体进入其中，几次小便后和大便后，负压腔排放口才 会打开，使排泄物进入负压收集管道(负压官网)，这个设计旨在在保证卫生安全的前提下， 有效避免常规负压排水中管道在环境内外压差作用下易被环境气体穿透的问题，同时有 效降低能耗和降低冲厕噪声。
[0022] 本发明这种气冲便器的节水效果上与无水便器接近，但更便于保洁，舒适度好，通 过膜片阀密封彻底杜绝臭味外溢。只在必要时用少量水保洁，气体和动力消耗仅为常规水 冲式负压厕所的约20%。
[0023] (2)过滤-生物干化装置 过滤-生物干化系统通常主要由两组相同构造的过滤-生物干化装置组成，装置内置 有机废弃物(如厨余、秸杆等）构成的填料，集过滤和生物干化为一体，这两种功能按时序切 换。
[0024] 便液(黑水）由上而下喷洒在填料上，异物和颗粒物大部分被截留，起到负压蒸 发前的预过滤作用；向较干的填料喷洒经负压蒸发浓缩后的浓缩液，吸附在填料上进行生 化反应，起到调质和深度浓缩的作用；向填料内供风，通过控制氧气、温度、通风等参数，力口 速填料中的有机物生物氧化，靠生物热增高填料的温度并蒸发水实现干化，同时维持温度 50?70°C彡5天，实现消除卫生学污染。
[0025] 这种过滤生物-干化装置具备完全不同于常规过滤器或干化器的结构：①两组装 置，填料分层装填在抽拉式的滤袋内，便于放、取。②滤袋为特制透气透水网布，可采用可生 物降解的材料支撑，在使用过滤功能时，滤袋可调换位置，保证过滤顺畅和获得均匀分布的 截留物。③黑水的布料管配备均匀布料喷头，可进行黑水的布料，在执行生物干化功能时 用于喷洒负压蒸发得到的浓缩液，实现原始粪尿(便液）的有效过滤和高效生物干化的简易 有效控制，抽屉和滤袋的设计可以保证干化后的产物-固态肥和异物能够被简单卫生地取 出。
[0026] (3)负压蒸发器 负压蒸发器是高浓度粪尿蒸发系统的主要设备，便液经过过滤-生物干化装置过滤 后，再经预热器和换热器增温后，进入负压蒸发器在负压下蒸发，可以利用热泵抽取蒸汽压 缩循环，回收热量再次用于滤液的蒸发，蒸发器排出的热蒸汽经换热器和预热器的冷凝，冷 凝成可以回收利用的再生水，浓缩液可以返回过滤生物干化装置进一步生物干化成固态 月巴，也可直接作为液态肥利用。
[0027] 采用负压蒸发，可以使物料(滤液)低温度下达到沸点蒸发(在50°C-70°C时达到沸 点)，一方面有效降低了蒸发温度，便于营养分的保存和提高冷凝水的质量，另一方面便于 通过热泵回收二次蒸汽的能量，减少热能消耗。
[0028] 特别是负压蒸发器和过滤生物干化装置的设计工艺参数可以灵活互补，巧妙利用 生物干化深度脱水，避免粘稠物料蒸发所导致的能耗增加、换热器结垢、出料困难等问题。 [0029] 本发明具有如下特点： (1)产品有竞争力 设备无外接供水冲厕，无废物排放，可以无外接电网（以太阳能和生物能作为能源 供给)，生产再生水，生产有机肥，具有以下明显优势：①系统无高温高压工况，不产生易 燃易爆物质，安全可靠。②系统密闭，处理链短，构成简捷，总体积小，易管理和维护。 4卫生安全，可广泛应用于公厕或户厕。
[0030] (2)适用范围广 可配备两套供电接口，既可完全用太阳能驱动，在供电充沛的地区也可连接电网，增加 设备的适用性；如在便于沼气存储的地方，过滤生物干化装置基本构架不变的情况下，通过 增加滤液循环，可使处于过滤工作状态下的装置成为厌氧沼气系统，通过沼气的热电联用 取代太阳能系统。
[0031] (3)高效卫生收集 通过小流量的粪尿序批负压输送，可为楼宇、社区半集中收集资源化提供经济、节能的 方案，破解人工或车运收集所存在的费用高、卫生条件差的难题，低成本实现粪尿密闭管道 化收集。
[0032] (4)资源回收 开拓了源头减量收集、低温低能耗浓缩干化、保有粪尿全营养分的新途径。①综合利用 生物能、太阳能、和热泵，在较低温度下进行粪尿截留、浓缩、干化。②气冲厕所的负压泵同 时给负压蒸发器维持负压。③负压泵排气管道接入过滤-生物干化装置，给处在干化期的 滤料和截留物供氧，同时利用滤料中水的截留和微生物分解作用去除排气臭味。④蒸发器 和过滤-生物干化装置的设计工艺参数可以灵活互补，系统进而更加可靠，应用条件宽，优 化空间大。
[0033] 除特别说明或一个优选实施方式下的技术手段是对另一个优选实施方式的相应 技术手段的进一步限定外，本发明的各优选实施方式可以任意组合。
【权利要求】
1. 一种粪尿负压密闭收集与处理利用装置，包括气冲厕所系统，其特征在于还包括过 滤-生物干化系统和高浓度粪尿蒸发系统，所述气冲厕所系统包括气冲便器和负压机组， 所述负压机组包括负压收集罐和用作负压源的真空泵，所述真空泵的抽气管道连接所述的 负压收集罐，所述负压收集罐设有黑水进口和黑水出口，所述气冲便器的黑水排放口和所 述负压收集罐的黑水进口通过负压收集管道连接，所述过滤-生物干化系统设有用于对物 料进行过滤和生物干化处理的装填有机废弃物填料的过滤-生物干化装置，所述过滤-生 物干化装置设有进液口、滤液出口、固料进出料装置、进气口和出气口，所述负压收集罐的 黑水出口通过黑水输送管道连接所述过滤-生物干化装置的进液口，所述高浓度粪尿蒸发 系统设有用于对滤液进行浓缩杀菌处理的负压蒸发器、预热器和换热器，所述负压蒸发器 设有进料口、负压抽气口、蒸汽出口和浓缩液排放口，所述过滤-生物干化装置的滤液出口 通过滤液输送管道连接所述预热器的吸热介质进口，所述预热器的吸热介质出口与所述换 热器的吸热介质出口相连，所述换热器的吸热介质出口连接所述负压蒸发器的进料口，所 述负压蒸发器的蒸汽出口通过蒸汽管道连接所述换热器的放热介质进口，所述换热器的放 热介质出口连接所述预热器的放热介质进口，所述预热器的放热介质出口连接再生水排放 口，所述负压蒸发器的浓缩液排放口经浓缩液管道分别与液态肥排放口和所述过滤-生物 干化装置的进液口相连。
2. 如权利要求1所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特征在于所述气冲便器 包括便盆、负压腔和两个膜片阀，所述负压腔设有进液通道和排放通道，所述负压腔的进液 通道连通所述便盆，所述负压腔的排放通道的出口构成所述气冲便器的黑水排放口，所述 两个膜片阀分别为设置在所述负压腔的进液通道上的进口膜片阀和设置在所述负压腔的 排放通道上的排放口膜片阀，所述进口膜片阀配有手动或感应开启按钮，所述进口膜片阀 和所述排放口膜片阀配有自动排放控制装置，所述自动排放控制装置设有位于所述负压腔 内的料位传感器，依据所述负压腔内的液位开启或关闭所述进口膜片阀和所述排放口膜片 阀。
3. 如权利要求2所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特征在于所述气冲便器 的负压腔位于所述便盆的后部和/或底部，冲厕时通过所述手动开启按钮或如厕感应器自 动打开所述进口膜片阀，所述便盆里的黑水在外界大气压与所述负压腔内负压的压差作用 下迅速进入所述负压腔，经过设定的开启时间后所述进口膜片阀自动关闭，当所述负压腔 内的黑水达到设定高度后或每次大便后，所述自动排放控制装置依据所述料位传感器的料 位信号或手动开启信号同时自动开启所述进口膜片阀和排放口膜片阀，所述负压腔内的黑 水在所述负压收集管道的负压作用下流入所述负压机组的负压收集罐，经设定时间后所述 进口膜片阀关闭，所述负压腔恢复负压，然后所述排放口膜片阀关闭，所述自动排放控制装 置、进口膜片阀和排放口膜片阀均依靠负压工作，所述各处的负压均由所述负压机组的真 空泵提供。
4. 如权利要求3所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特征在于所述气冲便器 只用气体作为载体输送粪尿，仅在大便后或需要保洁时用少量水冲洗，所述便盆采用能够 使大便在少量尿液润滑作用下顺利通过便盆排放口的结构。
5. 如权利要求1所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特征在于所述过滤-生 物干化系统的过滤-生物干化装置的数量为两组，所述两组过滤-生物干化装置采用构造 相同的密闭箱式装置，相互并联，每组装置设有一个或多个处理仓，所述处理仓采用抽屉式 结构，所述抽屉的壁或底采用孔板制成或者带有若干孔，抽屉里设有由透水透气的网布制 成的滤袋，所述有机废弃物填料装在所述滤袋内，所述抽屉可以拉出和推入关闭，是所述的 固体物料进出料装置，所述抽屉上方有均布小孔的布料管，所述布料管连接所述过滤-生 物干化装置的进液口，所述抽屉的下方设有底板，所述抽屉和底板之间有滤液出料管，所述 滤液出料管与所述过滤-生物干化装置的滤液出口相连。
6. 如权利要求5所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特征在于所述处理仓还 设有空气进口和空气出口，所述处理仓的空气进口和空气出口分别设置在箱体下侧壁和箱 体顶部上，所述处理仓的空气进口通过管道与所述过滤-生物干化装置的进气口相连，所 述过滤-生物干化装置的进气口与所述负压机组的真空泵的排气管道相连和/或与单独配 备的鼓风机相连，用于所述过滤-生物干化装置内的通风供氧，所述处理仓的空气出口通 过管道与所述过滤-生物干化装置的出气口相连，所述过滤-生物干化装置的出气口通过 管道连接有除臭器。
7. 如权利要求6所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特征在于所述过滤-生 物干化装置集过滤和生物干化为一体，两功能按时序切换，起始时主要为进料和过滤过程， 黑水经所述过滤-生物干化装置的进液口流入所述布料管，由所述布料管由上而下喷洒在 所述处理仓内的所述有机废弃物填料上，黑水中的异物和颗粒物大部分被所述有机废弃物 填料的过滤作用所截留，起到负压蒸发前的预过滤作用，5?7天后这组过滤-生物干化装 置停止进黑水，进入生物干化阶段，由所述真空泵排出的气体给所述处理仓供氧，同时起到 过滤截留所述真空泵的排气中的臭味物质的作用，必要时可以由所述鼓风机按需间歇通风 供氧，使所述处理仓内的有机废弃物填料和被截留物以及后期经所述布料管喷淋进入的浓 缩液开始高温好氧发酵，靠微生物呼吸代谢所产生的生物热能提高温度并实现蒸发干化， 反应过程中通过优化通风控制实现微好氧状态，避免大量臭味气体产生，同时所述处理仓 内的物料温度可维持在50?70°C彡5天，以消除卫生学污染，最终得到固体有机肥。
8. 如权利要求7所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特征在于所述过滤-生 物干化装置也可作为过滤和厌氧反应器使用，经过进料和过滤过程后，不给所述处理仓通 风供氧，用滤液循环泵将所述处理仓产生的部分滤液打回所述处理仓，延长反应停留时间， 制得的沼气用来发电并驱动系统运行，其余以做饭或照明等方式利用。
9. 如权利要求1所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特征在于所述负压蒸发 器的负压抽气口与所述真空泵的抽气管道相连，使所述负压蒸发器内的滤液在负压和较低 温度下达到沸点蒸发，所述蒸发器与所述换热器之间设有热泵，回收利用二次蒸汽的能量， 所述负压蒸发器的浓缩液排放口既可以直接排出浓缩液作为液态肥，又可以泵送浓缩液至 所述过滤-生物干化装置进一步浓缩干化成固体肥料，从所述负压蒸发器抽取的蒸汽依次 经所述换热器和预热器放热，冷凝成水并从再生水出口流出，以便作为再生水利用。
10. 如权利要求2、3、4、5、6、7、8或9所述的粪尿负压密闭收集与处理利用装置，其特 征在于应用所述气冲便器，在源头显著减少黑水总量，所述负压蒸发系统和所述过滤-生 物干化系统的设计工艺参数可以灵活互补，在有足够空间情况下尽可能增大所述过滤-生 物干化系统负荷以降低能耗，在空间不足情况下尽可能增大所述负压蒸发系统负荷以节省 占地，所述气冲厕所系统、过滤-生物干化系统和高浓度粪尿蒸发系统协同利用所述真空 泵抽气和排气，以节省设备配置、增强臭味物质截留和处理效果并简化管理流程，用所述过 滤-生物干化系统的生物干化功能为浓缩液深度脱水制备固体肥料，避免负压蒸发系统浓 缩高浓度粪尿至较低含水率所导致的能耗增加、换热器结垢、出料困难等问题，实现全系统 稳定运行。
【文档编号】E03F5/10GK104234177SQ201410480902
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】张健, 李萌, 高世宝, 陈小宏 申请人:万若（北京）环境工程技术有限公司