海绵厕所的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种海绵厕所，包括非混合粪尿分离式真空抽吸清洁动力马桶、光伏发电系统、粪尿无害化系统、厌氧消化产沼气系统、下渗式海绵厕所过滤及涵养湿地植物、石墨烯尿液资源化系统和垃圾管道系统。本实用新型的有益效果为：通过设置粪尿分离式非混合真空抽吸清洁动力马桶将厕所的尿液与粪便进行源头分离处理；通过设置无害化系统和滤料过滤系统对尿液进行过滤处理后获得中水循环利用，可做浇花等用途；通过设置无害化系统和厌氧消化产沼气系统对粪便进行微生物反应处理后作为肥料用作用于花草、农作物等的无污染肥料，同时，利用太阳能阳光光伏发电供进行上述处理过程使用，节省能耗，实现节能环保及废物循环利用的目的。
【专利说明】
海绵厕所
技术领域
[0001]本实用新型属于厕所技术领域，具体涉及一种海绵厕所。
【背景技术】
[0002]我国由于工业化整体水平并不发达，是一个能源耗费相对较多的国家，且能源循环利用率低，水资源是不可再生的资源，也是生命得以维持的关键，随着工业化水平的提升，人类对水环境破坏加剧，而我国更是一个清洁水资源相对贫乏的国家，而现有的水冲厕所，常采用自来水直接冲洗，造成水资源的浪费，同时，现有的厕所几乎不对粪便进行处理，往往直接用作农作物、花草等的肥料，其过程相对简单，也存在污染环境的问题。
[0003]全球有40%的人口(约25亿)缺少基本的卫生设施，这可能给人类的健康和环境造成灾难性后果。每年，由于全世界卫生设施缺失致使150万儿童死于腹泻。慢性腹泻可能会妨碍儿童的生长发育，因为慢性腹泻不利于一些必需营养物质的吸收，从而对大脑、身体和免疫系统发育产生不良影响。同时也可能妨碍具有救命作用的疫苗的吸收。即使是在家用卫生间和社区公厕比较普及的城区，也有约21亿人使用与未安全清理的化粪池相连的厕所，或者是把污水未经处理直接排放到明沟或地表水中。发达国家使用的厕所、下水道和废水处理系统需要大量的土地、能源和水源，而且其建设和维护成本也非常昂贵。成本较低的现有替代方案或因缺乏实用性，或因无法排除臭味且会吸引蚊虫，往往得不到用户的认可。
[0004]针对上述问题，有必要对现有数量庞大的厕所进行改进，将厕所的尿液与粪便分离处理:对尿液进行过滤处理后循环利用;对粪便进行微生物厌氧处理后用作花草、农作物等的无污染有机肥料，同时，利用阳光发电为上述处理无害化提供能源，节省能耗，实现节能环保及废物循环利用的目的。
【实用新型内容】
[0005]为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种海绵厕所。
[0006]本实用新型所采用的技术方案为:一种海绵厕所，包括:
[0007]非混合真空抽吸马桶，所述马桶上分别设置有液体排出管道和固体排出管道，所述液体排出管道与所述马桶的前端相连通，所述固体排出管道与所述马桶的后端相连通；
[0008]无害化系统，所述无害化系统包括第一盘管、第二盘管、水浴池和循环栗，所述第一盘管与所述液体排出管道相连通，所述第二盘管与所述固体排出管道相连通，所述第一盘管和所述第二盘管分别安装于相应的所述水浴池内，所有的所述水浴池均通过管道与所述沼气锅炉相连通，且通过在所述管道上设置所述循环栗来形成循环回路；
[0009]发电系统，所述发电系统和所述循环栗电连接；
[0010]沼气系统，所述沼气系统包括沼气收集器，所述沼气收集器的入口端和所述第二盘管的出口端相连通，所述沼气收集器的出口端连接有溢流管道和沼渣排出管道，所述溢流管道和所述第二盘管的进口端相连通，所述沼渣系统堆肥处理，所述沼气收集器上方设置有沼气排出口，所述沼气排出口通过管道和所述沼气锅炉相连通；
[0011]沼气锅炉，所述沼气锅炉和所述沼气收集器通过管道相连通，且所述管道与所述循环回路相连通；
[0012]过滤系统，所述过滤系统包括植物层、填料层、含水层、石墨烯膜层和防渗层，所述植物层、所述填料层、所述含水层、所述石墨烯膜层和所述防渗层由上至下依次排布;所述过滤系统的入水口和所述第一盘管的出口端相连通，所述过滤系统的出水口和出水渠相连通。
[0013]优选的，所述固体排出管道上设置有真空栗，所述真空栗和所述发电系统电连接。
[0014]优选的，所述马桶一侧设置有垃圾桶，所述垃圾桶的底端与所述真空栗的进口端相连通。
[0015]优选的，所述植物层湿地植物层。
[0016]优选的，所述湿地植物为香蒲、鸢尾或长瓣金莲花。
[0017]优选的，所述发电系统为风力发电或光伏发电。
[0018]优选的，所述循环栗的数量为两个。
[0019]优选的，所述海绵厕所的地面设置有用于使地面废水回流到所述马桶的坡度。
[0020]优选的，所述马桶为非混合真空抽吸式马桶。
[0021]本实用新型的有益效果为:1、能源自给，零能耗:光伏发电系统利用太阳能给真空栗、循环栗供电，作为主要的能量来源。固废通过沼气池厌氧发酵产生热量供自身无害化处理，且为沼气池的正常运行提供保障；同时尿液经处理后水用作冲厕用水。该系统完全实现能源自己，不需外部能源摄入，完全实现零能耗;2、物质合理循环:尿液经处理水质达标排放作为水源供给便器;粪便经堆肥处理变为肥料或生物炭;沼气供热。尿液固废污染物废弃物经处理资源回收利用；3、污染物削减功能被进一步强化:结合高效的石墨烯膜处理技术与植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用及温控高效沼气厌氧技术、无害化系统使得污染物的削减功能进一步被加强，出水水质及固废处理质量更有保障;4、感官舒适、建筑和谐、社区友好:做到出水、出料、出气等所有的排出物对生态环境安全。在湿地水生植物的辅助下，“海绵厕所”感官舒适、建筑和谐、环境互通。打破了厕所一贯的臭气难闻的刻板印象，保持营造了一个感官舒适的“新概念花园厕所”；5、应用前景广泛:使用真空抽吸马桶，大大减少用水量，同时实现能源自己，为那些偏远地区、水源不充足地区、供水不方便地区的厕所设计提供了借鉴和解决方案，并有很强的应用前景；同时在能源紧缺资源匮乏的今天，建立这样一个环境友好、节能、资源循环利用的“海绵厕所”前景广泛。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型海绵厕所的结构示意图。
[0023 ]图中:1、马桶；11、垃圾桶;20、发电系统;30、沼气系统;40、沼气锅炉;50、无害化系统;51、第一盘管;52、第二盘管;53、水浴池;54、循环栗;60、过滤系统;61、防渗层;62、石墨烯膜层;63、含水层;64、填料层;70、真空栗;80、出水渠;90、植物层。
【具体实施方式】
[0024]如图1所示，本实用新型提供了一种海绵厕所，包括:马桶10，所述马桶10上分别设置有液体排出管道和固体排出管道，所述液体排出管道与所述马桶10的前端相连通，所述固体排出管道与所述马桶10的后端相连通;无害化系统50，所述无害化系统50包括第一盘管51、第二盘管52、水浴池53和循环栗54，所述第一盘管51与所述液体排出管道相连通，所述第二盘管52与所述固体排出管道相连通，所述第一盘管51和所述第二盘管52分别安装于相应的所述水浴池53内，所有的所述水浴池53均通过管道与沼气锅炉40相连通，且通过在所述管道上设置所述循环栗54来形成循环回路;发电系统20，所述发电系统20和所述循环栗54连接;沼气系统30，所述沼气系统30包括沼气收集器，所述沼气收集器的入口端和所述第二盘管52的出口端相连通，所述沼气收集器的出口端连接有溢流管道和沼渣排出管道，所述溢流管道和所述第二盘管52的进口端相连通，所述沼气收集器上方设置有沼气排出口，所述沼气排出口通过管道和所述沼气锅炉40相连通;沼气锅炉40，所述沼气锅炉40和所述沼气收集器通过管道相连通，且所述管道与所述无害化系统的循环回路相连通;过滤系统60，所述过滤系统60包括植物层90、填料层64、含水层63、石墨烯膜层62和防渗层61，所述植物层90、所述填料层64、所述含水层63、所述石墨烯膜层62和所述防渗层61由上至下依次排布;所述过滤系统60的入水口和所述第一盘管51的出口端相连通，所述过滤系统60的出水口和出水渠80相连通。所述固体排出管道上设置有真空栗70，所述真空栗70和所述发电系统20连接。所述马桶10—侧设置有垃圾桶11，所述垃圾桶11的底端与所述真空栗70的进口端相连通。所述植物层90为湿地植物层。所述湿地植物为香蒲、鸢尾或长瓣金莲花。所述发电系统20为风力发电或光伏发电。所述循环栗54的数量为两个。所述海绵厕所的地面设置有用于使地面废水回流到所述马桶10的坡度。所述马桶10为非混合真空抽吸式马桶。
[0025]海绵厕所以厕所为主体，形成了一个能源自给、粪尿资源化利用的可持续生态卫生系统。该系统主要由1、非混合真空抽吸清洁动力马桶、2、光伏发电系统、3、粪尿无害化系统、4、厌氧消化产沼气系统、5、下渗式海绵厕所过滤及涵养湿地植物、6、石墨烯尿液资源化系统、7、垃圾管道系统构成。
[0026]流程上可以分为五个系统:废水处理系统、固废处理系统、供电系统、沼气系统、资源化利用系统。首先非混合真空抽吸清洁动力马桶通过特殊的设计将固液分离:尿液从尿液管道经盘管管道至无害化系统;粪便从粪便排出口通过真空抽吸的方式经盘管排出至无害化系统。真空抽吸厕所用的水量仅为普通厕所水量的1/6，真空抽吸不仅大大节约了用水量，而且粪便的快速排出也实现了厕所的“零臭气”。排管是为了实现足够的无害化停留时间:70摄氏度I小时。废水处理系统:尿液通过无害化系统进入填料层，经过吸附、过滤、物理滞留等作用处理后排入含水层；同时根系发达的湿地植物通过植物自身作用摄取尿液中的有机物，通过生物富集处理尿液;含水层的液体在重力作用下通过石墨烯膜水分子及小分子通过，阻止大分子通过。尿液通过石墨烯膜过滤后成为中水(甚至好于中水)，在中水出水渠中排出，通过栗送可供便器用水;水量充足的时候可以供给庭院浇洒等使用。同时，卫生间通常湿滑，水分较多，厕所表面设计了3%。坡向蹲便器的小坡，同时“海绵厕所”通过选择性下渗式地板和填料层很好得规避了这一缺陷；在±0.00?1.20的细小填料区可以吸收地表的任何水分，地表的水分下渗至石墨烯膜层处理进入中水出水渠供便器供水等使用。另夕卜:固废处理系统也具有无害化、资源化利用的特点。粪便通过粪便排出口并使用真空栗真空抽吸；同时在垃圾桶底设置垃圾通道，并在真空栗的入口处用三通与粪便出口相连接。任何的固废垃圾在智能垃圾筒中通过重力作用与粪便垃圾同时通过真空栗抽吸至无害化系统。固废通过70摄氏度I小时无害化处理后进入厌氧消化系统，厌氧消化产生的沼渣通过肥料管道输出制作肥料还田利用；沼液通过溢流管溢流出后回流通过三通接至盘管入口循环继续进行循环处理；沼气通过沼气收集器通过空气管道进入沼气锅炉燃烧加热水。该热水通过管道输送至无害化系统，并且通过温度控制器控制水温保持70摄氏度，这样不仅可以使粪便尿液无害化，还可以提高产沼气的效率。同时沼气锅炉设置回水管通过温度控制器和清水栗使热水不断循环加热。在无害化水浴池底部设置回水管，水回流至沼气锅炉。真空栗、循环栗的能量均来自光伏发电系统产生的电量。
[0027]海绵厕所是一套能源自给、零能耗、可持续、感官舒适、建筑和谐、社区友好、应用广泛的绿色环保新型厕所。打破了厕所在人心中的刻板印象，给人们营造了一种“厕所花园”的美好感受；同时为那些偏远地区、水源不充足地区、供水不方便地区的厕所设计提供了借鉴和解决方案。
[0028]下面对本实用新型的重要组成部分进行详细地描述:
[0029]1、非混合型真空清洁动力马桶:通过如上图的高低设计使尿液区稍微高于粪便排出区20_而使固液分离，尿液通过过滤筛孔进入尿液管道中；粪便进入真空排出口，经真空栗抽吸进入盘管无害化。
[0030]2、智能垃圾桶:垃圾桶底部设有垃圾管道，通过重力作用与粪便排出口混合，通过真空栗真空抽吸排出坐便器。
[0031 ] 3、填料层与湿地植物互生:在卫生间内种植一些美观且根系发达的湿地植物，如:香蒲、鸢尾、长瓣金莲花等。该“海绵厕所”利用填料、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对尿液进行预处理，吸收尿液中的有机物。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。在这些作用的共同协同作用下，使尿液被处理，同时缓解石墨烯膜的处理压力。同时，填料层吸收卫生间内过多的水分，将水分储存起来，使厕所表层保持干燥。
[0032]4、石墨烯膜过滤达标排放:氧化石墨烯表面含有羟基、羧基、环氧基等含氧基团，亲水性较好，表面的负电荷较高，对于处理金属离子和带正电荷的废水均具有较好的效果，且可以有效抑制表面细菌生长。石墨烯及其复合材料能起到有效作用的机理为:首先，比表面积大，增强复合材料的吸附能力。其次，较高的电子传递能力，可作为电子受体，延缓电子-空穴对的复合，增强复合材料的反应速率。经过湿地植物处理后的尿液再经过石墨烯膜过滤，获得水质为中水甚至水质好于中水的水质用于冲厕供水。
[0033]5、光伏发电系统:太阳能电池板根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。该部分电能供给真空栗及循环栗使用。
[0034]6、无害化系统:通过沼气锅炉利用沼气燃烧加热水，热水管运送至无害化系统，并通过温度控制器及循环系统保持水温70摄氏度恒定。同时通过盘管使尿液、粪便固废在各自的管道中70摄氏度条件下停留I小时无害化。另外，粪便在这一过程后进入沼气池发酵可以大大提高产率，而尿液为中水安全回用提供保障。
[0035]7、沼气池厌氧发酵废物无害资源化系统:固废进入沼气罐后，沼渣用作肥料还田或生产生物炭；沼液通过回流管回到发酵池的进水处循环处理;产生的沼气在沼气锅炉中作为燃料加热循环水，通过温控系统为无害化水浴池系统供应70摄氏度的热水；同时在沼气池产热不足的时候作为热源提供热量以维持沼气池的正常运转。
[0036]本实用新型不局限于上述最佳实施方式，本领域普通技术人员在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.海绵厕所，其特征在于，包括: 马桶(10)，所述马桶(10)上分别设置有液体排出管道和固体排出管道，所述液体排出管道与所述马桶(10)的前端相连通，所述固体排出管道与所述马桶(10)的后端相连通；无害化系统(50)，所述无害化系统(50)包括第一盘管(51)、第二盘管(52)、水浴池(53)和循环栗(54)，所述第一盘管(51)与所述液体排出管道相连通，所述第二盘管(52)与所述固体排出管道相连通，所述第一盘管(51)和所述第二盘管(52)分别安装于相应的所述水浴池(53)内，所有的所述水浴池(53)均通过管道与沼气锅炉(40)相连通，且通过在所述管道上设置所述循环栗(54)来形成循环回路； 发电系统(20)，所述发电系统(20)和所述循环栗(54)连接； 沼气系统(30)，所述沼气系统(30)包括沼气收集器，所述沼气收集器的入口端和所述第二盘管(52)的出口端相连通，所述沼气收集器的出口端连接有溢流管道和沼渣排出管道，所述溢流管道和所述第二盘管(52)的进口端相连通，所述沼气收集器上方设置有沼气排出口，所述沼气排出口通过管道和所述沼气锅炉(40)相连通； 沼气锅炉(40)，所述沼气锅炉(40)和所述沼气收集器通过管道相连通，且所述管道与所述无害化系统的循环回路相连通； 过滤系统(60)，所述过滤系统(60)包括植物层(90)、填料层(64)、含水层(63)、石墨烯膜层(62)和防渗层(61)，所述植物层(90)、所述填料层(64)、所述含水层(63)、所述石墨烯膜层(62)和所述防渗层(61)由上至下依次排布;所述过滤系统(60)的入水口和所述第一盘管(51)的出口端相连通，所述过滤系统(60)的出水口和出水渠(80)相连通。2.根据权利要求1所述的海绵厕所，其特征在于，所述固体排出管道上设置有真空栗(70)，所述真空栗(70)和所述发电系统(20)连接。3.根据权利要求2所述的海绵厕所，其特征在于，所述马桶(10)—侧设置有垃圾桶(11)，所述垃圾桶(11)的底端与所述真空栗(70)的进口端相连通。4.根据权利要求1所述的海绵厕所，其特征在于，所述植物层(90)为湿地植物层。5.根据权利要求4所述的海绵厕所，其特征在于，所述湿地植物为香蒲、鸢尾或长瓣金莲花。6.根据权利要求1所述的海绵厕所，其特征在于，所述发电系统(20)为风力发电或光伏发电。7.根据权利要求1所述的海绵厕所，其特征在于，所述循环栗(54)的数量为两个。8.根据权利要求1所述的海绵厕所，其特征在于，所述海绵厕所的地面设置有用于使地面废水回流到所述马桶(10)的坡度。9.根据权利要求1所述的海绵厕所，其特征在于，所述马桶(10)为非混合真空抽吸式马桶。
【文档编号】E03C1/122GK205530571SQ201620359271
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】季超, 尹福斌
【申请人】季超