x/Ti0jB极的以5mV/s的扫描速率在30mMNaCl溶液中的循环 伏安图。
[0109] 图25B是在30mM和50mMNaCl溶液中使用Bi0x/Ti02阳极的准静止极化曲线。
[0110] 图26是示出在利用家庭废水的恒电位废水电解槽的实验期间电流密度随着氯化 物浓度变化的演化的图。
[0111]图27A是示出外加阳极电位对利用家庭废水的恒电位废水电解槽实验的伪一级 动力学方程回归的COD浓度的时间分布的影响的图。
[0112] 图27B是示出外部氯化物浓度对利用家庭废水的恒电位废水电解槽实验的伪一 级动力学方程回归的C0D浓度的时间分布的影响的图。
[0113] 图28A是示出对利用家庭废水的恒电位废水电解槽实验而言作为时间的函数的、 活性氯类物质随着C0D浓度而变化的演变的图。
[0114] 图28B是示出对利用家庭废水的恒电位废水电解槽实验而言作为时间的函数的、 氯化物浓度随着C0D浓度而变化的演变的图。
[0115] 图29是示出用于利用家庭废水的恒电位废水电解槽实验的氯酸盐浓度的时间分 布的图。插图示出了氯酸盐浓度随着H2、H3和H4的零级速率常数线性增加的区域。
[0116] 图30A是用于利用家庭废水的恒电位废水电解槽实验的铵离子浓度的时间分布 的图。
[0117] 图30B是用于利用家庭废水的恒电位废水电解槽实验的硝酸盐浓度的时间分布 的图。
[0118] 图31是示出用于利用家庭废水的恒电位废水电解槽实验的阳极反应的一般电流 效率的图，该阳极反应包括C0D减少和气态氮、硝酸盐、氯酸盐和游离氯（FC)的形成。
[0119]图32是示出在光伏发电的废水电解槽实验期间总大肠菌群和粪便大肠菌群的标 准化浓度的时间分布的图。
[0120] 图33A到图33F是示出分别在0分钟、10分钟、15分钟、30分钟、180分钟和240 分钟的环境阳光条件下在太阳能废水处理期间可见的颜色变化的一系列图像。
[0121] 图33G到图33J是总粪便大肠菌群菌落形成单位对在0分钟、30分钟、100分钟和 180分钟的时间的一系列图像。在处理180分钟之后，未能培养出可见的细菌菌落并且因此 达到整体消毒。
[0122] 图33K到图330是随时间推移的粪便大肠菌群菌落形成的一系列图像。
[0123] 图33P到图33T是随时间推移的大肠杆菌大肠菌群菌落形成的一系列图像。
[0124] 图33U是作为时间的函数的、接种合成粪便的处理期间大肠杆菌消毒动力学的 图。
[0125] 图34A是使用根据本发明的原理的设备和方法在不同的氯化物浓度和外加电压 下经历360分钟的处理的混合的尿液和废水样品的化学氧化需求（chemicaloxidation demand,COD)的图。
[0126] 图34B到图34G是示出液体的光学外观随时间推移的一系列图像。
[0127] 图35示出有机酸、C0D和蛋白质在包括家庭废水和尿液二者的模拟的化粪池流出 物中的时间演变。
[0128] 图36示出总氮（TN)、硝酸盐和铵离子在模拟的化粪池流出物中的时间演变。
[0129] 图37示出作为电解时间的函数的、模拟的化粪池流出物的吸收率的时间演变。
[0130] 图38是电解开始时的模拟的化粪池流出物的图像。
[0131] 图39是电解6小时之后的模拟的化粪池流出物的图像。
[0132] 图40A是示出改进的流量控制式批次电化学反应器的第一运行步骤的示意图。
[0133] 图40B是示出改进的流量控制式批次电化学反应器的第二运行步骤的示意图。
[0134] 图40C是示出改进的流量控制式批次电化学反应器的第三运行步骤的示意图。
[0135] 图40D是示出改进的流量控制式批次电化学反应器的第四运行步骤的示意图。
[0136] 图41是其中进行尿液和粪便的单独处理的流程图。在一个实施方式中，此类处理 被设置在内置于图3A、图3B和图3C的装运集装箱的单元中。
[0137] 详细描述
[0138] 本发明具有如下的整体目的：通过使人类废物消毒来预防疾病传播并且另外地从 废物流产生作为能量源的氢气。本发明有望被应用在固定的地点例如与常规的集中污水处 理系统断开的村庄以及便携式系统诸如便携式马桶（"端口便壶"）、休闲车（RV)、飞机、帆 船及其他移动运输工具，从而促进人类健康并能够净化人类废物。据相信，该马桶单元的新 颖特征包括人类废物的消毒、脱电网运行并且提供自持续式系统。
[0139] 本发明提供处理和加工包括人类粪便固体控制、尿液处理和液态废水处理的人类 生活废水的可持续的、摆脱传统基础设施的方法。该处理方案结合了污泥消毒、处理和体积 减少。太阳能马桶系统在其核心单元工艺具有产生H2的光伏发电（PV)的电化学化学反应 器，H2作为在包括使最初存在的总培养基细菌完全消毒的缺氧废水和粪便物质处理期间所 获得的潜在有用的副产品。该系统已设计成摆脱电网或地下城市基础设施。在各种实施方 式中，可以被处理的废水包括诸如家庭废水、工业废水、医院废水、马桶废水、尿液、混合流 出物之类的废水流和类似的废水流。
[0140] 在一个实施方式中，太阳能马桶包括并入西式马桶、亚洲蹲式马桶和无水小便池 的顺续废水工艺处理流。在一个实施方式中，该处理系统通过GPS编程自动装置自发电的 太阳能跟踪系统来发电。废物处理的各个步骤包括腐烂废物和厌氧固体存料罐、太阳能发 电的电化学反应器、后反应器储存罐、用于太阳能调节和存储的锂离子电池或传统电池储 存系统、光伏-至-电池的充电控制装置、膜微滤单元和处理过的水储存罐。电化学反应器 设计包括涂覆有连续系列的纳米颗粒半导体（例如，3110 2，11<)2，1&205,8120 3和1102)的一系 列钛金属板阳极并且各阳极与不锈钢阴极相匹配。该处理方案可以适用于单一的家庭，用 作卫生马桶设施。据相信，该设计的尺寸可以被放大，从而，当通过其中能量存储成用于整 个24小时的连续运行的光伏阵列来发电时，以预测盈亏平衡的运营成本处理500人的日常 废物。已利用合成粪便、尿液、家庭废水和人类粪便按实验室规模和原型规模进行测试。基 于台式实验室实验和更大规模的反应器系统（20升和40升的处理体积）两者并且在原型 单元测试单元中，一般构思、具体的设计要素和处理方法已被证明对原始家庭废水、人类尿 液、人类粪便和合成的人类废物类似物的处理是可行的。在几个小时的PV发电的电化学处 理后，浑浊的黑色-水流入液可以通过原位活性氯物质的生成而被澄清，消除了悬浮颗粒， 伴随化学需氧量（C0D)的减少或彻底消除、肠大肠菌群的彻底消毒，并且在3到4小时的光 伏发电处理之后消除可测量的蛋白质。预计可以提供另外的特征，诸如剩余污泥处理单元、 氢气净化和过滤系统、闭式水回用循环以及通过来自光伏板输出的电阻加热所驱动的热水 加热系统。
[0141] 由于处理期间少量的蒸发的水分损失，可能需要适量的补充水。我们已经鉴定并 且量化了一些有用的处理的副产物，该副产物包括可以被压缩以充当用于烹调或水加热的 气体燃料的H2气体、以及用作肥料的硝酸盐、尿素、氨和磷酸盐。经消毒的残留的有机固体 也被彻底消毒以用于作为农业的有机土壤改良剂的潜在用途。
[0142] 系统的高级描述
[0143] 在其他实施方式中，许多部分之中的废水流通过由高差引起的重力来驱动。在某 些实施方式中，在过滤器之后使用泵将水提高到蓄水池高度。马桶具有如下所述的不同部 件并且在图1A到图1H中的一个实施方式中示出。
[0144] 如图1A所示，人类废物的入口的点由马桶102和/或小便池104提供。马桶102 可以是通常在典型的美国浴室中找到的类型的马桶，或者它可以是如可以在其他国家中找 到的蹲式马桶102'。用于冲洗马桶的水由再循环供给装置提供，如将在下文中解释。
[0145] 转向图1B，来自马桶102、102'或小便池104的流出物流向化粪池106,该化粪池 是用于保存、混合并缓冲流出物的蓄水池。化粪池106储存流出物并且可以包括用于厌氧 消化的沉降池108。沉降池108具有允许材料被移动到电化学反应器110的出口。废水中 的不可处理的材料例如固体可以在沉降池108中被沉淀。该材料可以从沉降池108的底部 被输送并且可以用作肥料。
[0146] 电化学反应器110使用通过电力发电的电极。在某些实施方式中，相信电极具有 新的组成。在所描述的系统中，电力至少部分地通过使用具有相关控制器和电力储存系统 例如电池的光伏模块转换太阳光来产生。电化学反应器允许人类废物的电化学降解和消 毒，并且允许可以用作燃料的氢气的生成和可以用作肥料或用作化学前驱体的磷酸盐和硝 酸盐产物的生成。
[0147] 微滤单元112设置为作为提供来自电化学反应器110的流出物的额外净化的部 件。
[0148] 缓冲罐114设置成储存经处理的废水。泵120设置成使经处理的废水返回到例如 在马桶装置的顶部上的存料罐（或液体积聚装置）进行再利用，例如作为冲洗马桶102的 水。因为废水已被消毒，