人类废物收集和分离系统 |
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| 申请号 | CN202280057954.9 | 申请日 | 2022-07-15 | 公开(公告)号 | CN117957201A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 乔治亚州技术研究公司; | 发明人 | 香农·绮; 哈拉尔德·格伦德尔; 乔治·桑普尔; 奥斯卡·埃斯特拉达·莱恩; 罗兰·莱曼; 珍妮·格拉特哈德; 马蒂亚斯·施劳里; | ||||
| 摘要 | 描述了用于收集和分离人类废物的各种系统和方法。该系统可以包括被配置为接收人类废物的容器(102)和固体分离器(106)。固体分离器可以包括 真空 罐以及形成在真空罐内的顶部处的入 口腔 室、形成在真空罐的基部中并且 定位 在真空罐的中心的固体容纳部分、形成在真空罐的基部中并且容纳在围绕固体容纳部分的真空罐内的液体容纳部分、以及具有圆柱形管状形状并且从入口腔室出口延伸到固体容纳部分的分离 过滤器 。分离过滤器在真空罐内形成中央分离容积。入口腔室被配置为经由入口(132)接收组合废物并且将组合废物引导到中央分离容积。组合废物的液体部分被允许流过分离过滤器到围绕中央分离容积的外部部分，并且收集在基部的液体容纳部分中。组合废物的固体部分被容纳在中央分离容积内并且收集在基部的固体容纳部分中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于对组合人类废物进行分离的固体分离器，所述固体分离器包括： |
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| 说明书全文 | 人类废物收集和分离系统[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求于2022年5月6日提交的题为“人类废物收集和分离系统”的美国临时申请No.63/338,998的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。 背景技术[0003] 据估计，全世界有45亿人无法获得安全、负担得起的卫生系统。大量儿童死亡和疾病与口粪污染有关，其中携带病原体的粪便进入食物或供水。在传统卫生下水道系统不可用或不切实际的情况下，需要非下水道卫生系统。发明内容 [0005] 入口腔室形成在真空罐内的顶部处，并且入口腔室包括入口和腔室出口。入口腔室被配置为经由入口接收组合废物，使得组合废物以围绕入口腔室内表面的螺旋状被引导并且被引导到中央分离容积。组合废物的液体部分被允许流过分离过滤器到围绕中央分离容积的外部部分并且收集在基部的液体容纳部分中，组合废物的固体部分被容纳在中央分离容积内并且收集在基部的固体容纳部分中。 [0006] 固体容纳部分形成在真空罐的基部中并且定位在真空罐内的中心，并且固体容纳部分包括固体出口。固体容纳部分被配置为容纳组合废物的分离的固体部分。 [0007] 液体容纳部分形成在真空罐的基部中，并且容纳在围绕固体容纳部分的真空罐内。液体容纳部分包括液体出口，并且液体容纳部分被配置为容纳组合废物的分离的液体部分。 [0008] 分离过滤器具有圆柱形管状形状，并且从腔室出口延伸到固体容纳部分。分离过滤器在容积罐内形成中央分离容积。 [0009] 本文还公开了用于使用所公开的固体分离器对组合人类废物进行分离的方法。 [0010] 通过检查以下附图和详细描述，本公开的其他系统、方法、特征和优点对本领域技术人员来说将是显而易见的。旨在将所有这样的附加系统、方法、特征和优点包括在本说明书内，在本公开的范围内，并且受所附权利要求的保护。此外，所述实施例的所有可选和优选的特征和修改可用于本文教导的公开的所有方面。此外，从属权利要求的各个特征以及所述实施例的所有可选的和优选的特征和修改是可组合的并且彼此可互换。 附图说明[0011] 参考以下附图可以更好地理解本公开的许多方面。附图中的部件不一定按比例绘制，而是强调清楚地说明本公开的原理。在附图中，在多个视图中，相同的附图标记表示相应部分。 [0012] 图1A和图1B示出根据本文所述各种实施例的示例人类废物收集和分离系统的示意图。 [0013] 图2示出根据本文所述各种实施例的用于图1A和图1B中所示的人类废物收集和分离系统的示例固体分离器。 [0014] 图3示出根据本文所述各种实施例的图2的前端固体分离器的横截面。 [0015] 图4示出根据本文所述各种实施例的图2的固体分离器内的固体和液体的分离。 [0016] 图5示出根据本文所述各种实施例的用于人类废物收集和分离的示例方法。 [0017] 图6示出根据本文所述各种实施例的用作非下水道单个单元厕所系统内的模块的人类废物收集和分离系统的一个示例示意图。 [0018] 图7示出根据本文所述各种实施例的用作非下水道单个单元厕所系统内的模块的人类废物收集和分离系统的另一示例示意图。 具体实施方式[0019] 世界上露天排便或缺乏改进的卫生设施很常见的地区需要卫生系统，这可能会导致疾病。从下水道接收废物的传统污水和废水处理厂的实施和运营成本可能很高。多单元厕所技术正在开发中，以大规模处理废物。然而，需要技术来提供安全、负担得起的卫生系统，这些卫生系统可以部署在没有下水道连接的家庭住宅中。总体而言，随着全球水资源短缺的加剧，不仅在发展中国家，还在全球范围内减少长距离运输废物对大量水的依赖的卫生系统将变得越来越重要。 [0020] 为了解决这些缺陷，本文讨论了用于独立的非下水道厕所系统的系统。该系统可以被配置为灭活人类废物中的病原体，并且准备好安全处置废物。该系统还可以回收宝贵的资源，如干净的水。该系统可以被配置为在不连接进水或出水下水道的情况下操作。一些示例系统可以是基于电池的或者由离网可再生能源供电。该系统可以针对低成本制造和低运营成本进行优化。该系统可以促进在贫穷城市环境以及发达国家和发展中国家中运行可持续卫生服务。 [0021] ISO 30500标准提供了非下水道卫生系统的技术标准，该系统旨在通过最小化水和能量消耗以及将人类排泄物转化为安全输出的策略，来满足基本卫生需求并且促进经济、社会和环境可持续性。这些卫生系统旨在在不连接任何下水道或排水网络的情况下操作，并且满足健康和环境安全以及监管参数。在一些示例中，本文所述的系统可以被配置为提供满足或超过ISO 30500标准的处理后的输出。 [0022] 例如，人类废物流可以包括尿液、粪便、腹泻等。卫生附带物包括卫生纸、女性卫生废物、尿布、其他纸制品等。在一些厕所系统中，卫生附带物的一部分，包括尿布等非有机产品，可以与人类废物流分开接收和处理。在一些示例中，废物流包括人类粪便和尿液、经血、胆汁、冲洗水、肛门清洁水、卫生纸、其他体液和/或固体。此外，废物流可以包括水，含有冲洗水、漂洗水、洗涤水、淡水、消耗水、饮用水、可用水等。 [0023] 例如，独立非下水道厕所系统可以包括液体处理系统和固体处理系统，液体处理系统和固体处理系统中的每一个都可以作为单独的系统操作，或者相互连接以用于处理人类废物。独立非下水道厕所系统还可以包括至少一个分离系统。在一些示例中，人类废物流的内容物可以被单独分离或处理。通过将原材料主要划分为粪便、尿液和废水流，流的分离可以提供比混合内容物人类废物流更有效的处理。由于100％分离是不可行的，因此流之间一定程度的交叉污染对于随后的下游处理方法是可接受的。如本文所述，主要含有粪便的粪便流也被称为“棕色流”。棕色流主要是粪便，但也可以与其他液体和固体废物混合。例如，棕色流可包括粪便、卫生纸、一些尿液和一些水。如本文所述，“绿色流”可以主要包括水、一些尿液和一些卫生纸，通常不包括粪便。绿色流大部分是液体，也有一些固体。如本文所述，主要含有尿液的尿液流也被称为“黄色流”。例如，黄色流可以包括尿液和一些水。如本文所述，废水流也被称为“蓝色流”。例如，蓝色流主要可以包含冲洗水、肛门冲洗水或倒入厕所的过量水形式的废水。在一些示例中，蓝色流还可以包括一些尿液。考虑到未来缺水的限制，低容量粪便沉积物(主要是腹泻)、高容量尿液沉积物以及过量的冲洗水和肛门冲洗水的高度可变性，流分离可以实现更低的成本和更稳健的处理过程。 [0024] 在上述上下文中，本文描述了人类废物收集和分离系统和方法的各种示例。人类废物收集和分离系统可以是可以单独操作的分离系统，或者可以被配置为与另一个系统集成。例如，人类废物收集和分离系统可以是被配置用于在独立的非下水道厕所系统中的分离系统。例如，人类废物收集和分离系统可以被集成为独立的非下水道卫生系统中的固体处理模块。在一些示例中，人类废物收集和分离系统可以被配置为作为单个单元厕所系统的一部分来操作。例如，人类废物收集和分离模块可以集成用于单个单元厕所系统中，单个单元厕所系统被配置为将成人的身体废物转化为水、CO2和矿物灰。例如，独立的非下水道卫生系统还可以包括尿液和废水处理系统以及粪便处理系统。 [0025] 在这种情况下，人类废物收集和分离系统可以用于接收输入的人类废物并且将其与排尿和/或排便厕所事件分离。人类废物收集和分离系统在本文中也被称为前端分离系统或前端模块。例如，人类废物收集和分离系统可以被配置为独立的非下水道单个单元厕所系统或另一个厕所系统的前端模块。在一些方面，前端模块可以被配置为提供在世界的特定区域中可接受的厕所配置类型。例如，人类废物收集和分离系统具有前端主容器(抽水马桶)，用于收集人类废物，其可适用于蹲式配置或底座配置。此外，人类废物收集和分离系统可以被配置为容纳使用卫生纸擦拭或用水冲洗的用户。人类废物收集和分离系统可以容纳站立式男性小便器。 [0026] 在以下讨论中，提供了人类废物收集和分离系统及其部件的一般描述，包括对其操作的讨论。讨论了人类废物收集和分离系统的非限制性示例。在一些示例中，该配置可以包括可选的连接，以将人类废物收集和分离系统与其他系统集成。例如，人类废物收集和分离系统可以与独立的非下水道卫生系统集成，该独立的非下水道卫生系统包括尿液和废水处理系统和/或粪便处理系统。在一些示例中，人类废物收集和分离系统为符合ISO‑30500的厕所系统提供用户输入单元。 [0027] 人类废物收集和分离系统可以处理混合人类废物，并且将废物分离成至少两个不同的输出流，用于进一步处置和/或处理。与水和/或卫生纸组合的人类废物可以被分离成至少两个流：一个主要是液体流，另一个主要是固体流。如上所述，主要是液体流(在本文中也称为绿色流)，并且可以包含成比例的少量固体。主要是液体流或绿色流，可以包括冲洗水、一些尿液、一些粪便和一些卫生纸。如上所述，主要是固体流(在本文中也称为棕色流)，可以主要包含固体和一些液体。主要是固体流或棕色流，可以包括粪便、冲洗水、尿液和卫生纸。在一些示例中，主要包括尿液的第三输出流可以在对组合废物分离之前被分流，从而减少要分离的组合废物的体积。这种主要是尿液流或黄色流，可以包括尿液和微量的冲洗水。注意，黄色流、绿色流和棕色流由本文所述的人类废物的组成来定义，而不是由物理流的实际颜色来定义。 [0028] 如图1A中所示，人类废物收集和分离系统100可以包括主容器102、冲洗罐104和前端固体分离器106。人类废物收集和分离系统100还可以包括用户界面面板108、控制器110和真空泵112。主容器102可以是被配置为接收人类废物(例如尿液和粪便)以及卫生纸的抽水马桶。在排尿和/或排便事件之后，可以将从冲洗罐104接收的一定体积的冲洗水添加到主容器102，从而在容器内形成组合废物。组合废物可以通过主容器102的主出口114排出到固体分离器106中。固体分离器106中接收的组合废物可以被分离成主要包括液体和一些固体的液体部分和主要包括固体和一些液体的固体部分。例如，在图1A中，固体分离器106的两个输出被标记为作为液体部分的绿色流和作为固体部分的棕色流。 [0029] 人类废物收集和分离系统100被配置为将来自用户的人类废物接收到主容器102中。主容器102可以基于区域偏好和/或习惯来配置。在世界的一些区域，用户习惯于蹲式配置厕所。在世界的一些区域，用户习惯于底座式或坐式配置厕所。主容器102可以是被配置用于蹲式或底座式配置的抽水马桶。类似地，尽管本文中组合废物的示例包括粪便、尿液、卫生纸和/或冲洗水，但在世界的一些区域中，使用卫生纸可能不是习惯。对于不使用卫生纸的用户，人类废物收集和分离系统100和主容器102可以适用于漂洗配置。在漂洗配置中，过量的漂洗水也可以被容纳，并且可以被认为是被添加到组合废物中，而不是被添加到冲洗水中或除了冲洗水。 [0030] 冲洗水箱104可以被配置为向主容器102输送一定体积的冲洗水。在一些示例中，不管人类废物事件如何，冲洗水的体积都是预定量。在一些示例中，预定量的冲洗水基于所接收的人类废物是由于排尿事件还是排便事件。冲洗罐104可以被配置为接收和存储来自外部系统或再循环源的水，以用作冲洗水。在一个示例中，可以从与人类废物收集和分离系统100互连的厕所系统的另一系统或模块接收用于冲洗罐104的水。例如，可以从尿液和废水处理系统或非下水道厕所系统的液体处理模块接收用于冲洗罐104的水。在另一示例中，可以从市政供水或其他外部供水接收用于冲洗罐104的水。冲洗罐104还可以配置有溢流出口，以将过量的水转移到缓冲罐或其他系统或模块。例如，人类废物收集和分离系统100可以是用于单个单元非下水道厕所系统的用户前端模块，该单个单元非下水道厕所系统包括尿液和废水处理模块和/或用于处理包括粪便的废物流的模块。人类废物收集和分离系统可以配置有来自冲洗罐104的溢流输出。在示例中，来自冲洗罐104的过量的水可以被引导至另一个缓冲罐或缓冲系统。 [0031] 人类废物收集和分离系统100还可以包括控制器110。例如，控制器110可以包括微处理器和存储器，并且被配置为控制或操作人类废物收集和分离系统100的一个或更多个元件。控制器110可以是CE兼容的。控制器110可以被配置为启动冲洗序列并且控制或操作用于人类废物收集和分离系统100的附加元件。例如，控制器110可以操作真空泵112、主阀116和未示出的附加部件。例如，人类废物收集和分离系统100还可以包括阀、泵、马达、传感器等(未示出)。控制器110可以被配置为基于在主容器中已经接收到用户输入的指示来控制或操作一个或更多个阀、泵、马达和传感器。例如，传感器和/或经由用户界面面板108的输入可以控制真空泵112或其他装置的操作以排空主容器102。来自主容器102的废物可以通过致动主阀116而被引导到固体分离器106。此外，控制器110可以被配置为控制在真空罐中的分离的液体部分和/或分离的固体部分释放。 [0032] 如图1A中所示，用户界面面板108可以被配置为启动将一定体积的冲洗水从冲洗罐104释放到主容器102中。在一些示例中，用户界面面板108可以包括按钮或其他选择器选项，用于用户选择排尿或排便废物事件来冲洗马桶。例如，选择器选项可以包括按钮、杆、开关、旋钮、数字接口等。例如，如果用户在排尿事件期间放置卫生纸，则用户可以选择用户界面面板108上的小冲洗按钮，以将第一预定体积的水释放到冲洗罐104中以及从冲洗罐104释放第一预定体积的水，以冲洗任何残留的尿液和/或卫生纸，并且将主容器102的内容物排放到前端固体分离器106。类似地，对于排便事件，用户可以选择用户界面面板108上的冲洗按钮以将第二预定体积的水释放到冲洗罐104以及从冲洗罐104释放第二预定体积的水，以洗涤混合废物内容物并且排空主容器102到前端固体分离器106。例如，与用于排便事件的较大量的第二预定体积的水相比，用于排尿事件的第一预定体积的水是较小量。 [0033] 在示例中，用户界面面板108可以具有颜色编码的按钮以供用户识别，但颜色不是必需的。例如，按钮可以包括符号和/或单词。此外，简化面板可以仅包括用于排尿事件和排便事件的两个按钮。在简化示例中，按钮的大小可以指示事件的类型。例如，较小的按钮可以指示排尿事件以释放第一预定体积的水，较大的按钮可以指示排便事件以释放第二预定体积的水，第二预定体积的水是更大体积的水。用户界面面板108不限于所提供的示例配置，因为面板中的按钮被配置为激活到控制器110的信号以操作与废物事件相关的冲洗序列。例如，用户可以选择用户界面面板108上的冲洗按钮来选择废物事件的类型，例如排尿或排便事件。对于至少包括卫生纸的废物事件，主容器102的内容物可以被引导到固体分离器106。例如，对于人类废物事件，按下事件冲洗按钮，将冲洗水从冲洗罐104引入到主容器102，以将残余尿液、残余粪便和/或卫生纸的混合物冲洗到主容器102的底部，主容器102由作为双向阀的主阀116关闭。此时，通过启动真空泵112，可以在固体分离器106中产生弱真空。例如，弱真空的真空压力可以是约‑0.5巴。一旦达到了预定真空压力，就可以开启主阀 116，并且将废物运送到固体分离器106中。 [0034] 在另一个示例中，人类废物收集和分离系统100可以包括至少一个传感器，该至少一个传感器被配置为检测废物事件并且向控制器110发送信号控制冲洗操作以从冲洗罐104释放水。在具有至少一个传感器的示例中，用户界面面板108可以是可选的、省略的，或者用作传感器的辅助备用。在一些示例中，传感器可以检测排尿或排便事件，并且相应地释放第一预定体积或第二预定体积的水。 [0035] 在另一个示例系统中，如图1B中所示，替代主容器122可以包括尿液分流器124，以提供额外的输出流，该额外的输出流包括来自人类废物收集和分离系统101(系统101)的尿液。系统101基本上与人类废物收集和分离系统100相同，只是替代了包括尿液分流器124的替代主容器122以及用于引导分流后的尿液流的附加特征，如图1B中的黄色流所示。例如在PCT申请No.PCT/AT2019/060064中公开了包括尿液分流器的主容器的一个示例。尿液分流器可以在容器内成形并且配置为使得表面张力和内聚效应(cohesive effect)允许液体废物的旁路部分沿着容器的轮廓到达旁路液体出口。利用包括尿液分流器124的替代主容器122的该可选特征，替代主容器122可以被配置为蹲式或底座配置，并且可以适用于漂洗配置，如针对世界的不同地区所指定的。尿液分流器124可以被结合到抽水马桶设计的几何形状中，并且配置为以被动方式捕获尿液。例如，在包括尿液的排尿事件或废物事件中，尿液是液体形式的，因此不需要分离固体。当使用包括尿液分流器124的替代主容器122时，可以经由尿液分流器124在不使用水的情况下将尿液与之分离。 [0036] 在一些示例中，图1B中显示为黄色流的尿液流输出可以被临时存储在尿液罐126中，或者被传送以加入来自固体分离器106的液体输出流，或者在另一模块或系统中被传送处理。例如，来自尿液罐126的尿液流可以被引导到缓冲罐分离系统或液体处理系统。在一些示例中，黄色流和绿色流可以被单独运输到其他系统或处理模块，或者被组合进行运输，这取决于系统101所连接的厕所或处理系统的类型。例如，如果处理系统可以利用或输出分离后的尿液，则黄色流和绿色流可以保持分离。在另一个示例中，黄色流和绿色流可以组合并且作为液体废物流进行处理。 [0037] 如图1B中所示，系统101的其余特征与图1A的人类废物收集和分离系统100所示基本相同。对于某些排尿事件，尿液的至少一部分可以被单独分流或传送。如关于人类废物收集和分离系统100所描述的，接收或保留在替代主容器122中的用户输入与具有冲洗事件的水结合，以形成可以通过致动主阀116而被传送到固体分离器106的组合废物。例如，通过致动真空泵112在固体分离器106中产生弱真空，可以将至少包括卫生纸、替代主容器122的混合废物内容物的废物事件传送到固体分离器106。一旦达到了预定真空压力，就可以开启主阀116，并且将废物运输到固体分离器106中。 [0038] 控制器110可以被配置为控制或操作系统101的附加元件。例如，系统101还可以包括阀、泵、马达、传感器等(未示出)，以控制和促进系统的操作，包括从尿液罐126运输尿液。在一些示例中，尿液罐126可以包括在具有替代主容器122的人类废物收集和分离系统101中。传感器可以定位在尿液罐126处，以监测尿液罐中的液位。在一些示例中，可以提供泵以促进黄色流从尿液罐126移动到人类废物收集和分离系统101的出口。 [0039] 参考图2和图3，示出了前端固体分离器106的示例。如图2中所示，示例固体分离器106包括真空罐130，真空罐130可以包括入口132、分离过滤器134、固体出口136和液体出口 138。真空罐130具有顶部140、基部142和圆柱形壁144。固体分离器106还可以包括用于固体出口136的第一阀146和第一致动器148以及用于液体出口138的第二阀150和第二致动器 152。第一阀146和第二阀150可以是双向阀。 [0040] 在图3中，示出了真空罐130的横截面。真空罐130包括在真空罐130内在顶部140处形成的入口腔室156。入口腔室156包括入口132和腔室出口158。入口腔室156具有切向入口132，切向入口132被配置使得体积流被分配到过滤器134的壁并且进一步被分配到过滤器 134的内壁。固体容纳部分160形成在真空罐130的基部142中并且定位在真空罐130内的中心。固体容纳部分160包括固体出口136。固体容纳部分160被配置为容纳由几何形状控制的组合废物的分离的固体体积。例如，固体容纳部分160可以具有圆锥形，第一直径(ds1)基本上等于分离过滤器134的直径，以及在腔室出口158处的第二直径(ds2)。例如，160的直径可以变化，而且锥角可以在0度和90度之间变化，以控制160中分离固体的体积和组成。例如，经由固体出口136释放的固体部分的总固体(TS)可以通过稀释所包含的固体而被控制在容纳部分160的体积中。液体容纳部分162形成在真空罐130的基部142中并且容纳在围绕固体容纳部分160的真空罐130内。液体容纳部分162包括液体出口138。液体容纳部分162被配置为容纳组合废物部分的分离的液体部分。分离过滤器134具有圆柱形管状并且从腔室出口 158延伸到固体容纳部分160。分离过滤器134在真空罐130内形成中央分离容积164。 [0041] 入口腔室156被配置为经由入口132接收组合废物，并且将组合废物引导到中央分离容积164。组合废物的液体部分被允许流过分离过滤器134到围绕中央分离容积164的外部166，并且收集在基部142的液体容纳部分162中。组合废物的固体部分包含在中央分离容积164内，并且收集在基部142的固体容纳部分160中。固体容纳部分160可以具有漏斗或圆锥形，以将组合废物的固体部分引导至固体出口136。收集在固体容纳部分160中的固体部分可以在过压或重力的情况下经由出口136释放。例如，过压的真空压力可以是约0.5巴。如将进一步描述的，收集在固体容纳部分160中的固体部分可以通过致动第一阀146经由固体出口136释放。真空罐130的基部142在液体容纳部分162内具有倾斜的基部，使得收集在液体容纳部分162中的组合废物的液体部分的流通过重力被引导到液体出口138。收集在液体容纳部分162中的液体部分可以通过致动第二阀150经由液体出口138释放。当通过过压完成真空罐130的排空时，在施加过压之前从液体容纳部分162排出液体。 [0042] 分离过滤器134可以包括安装在支撑件170上并且对齐以形成狭槽172(图4)的轮廓线168，狭槽172被配置为将固体保持在中央分离容积164中并且允许液体通过到真空罐130的外部166。轮廓线169可以是形成有特定轮廓横截面的杆。在示例中，每个轮廓线可以具有楔形的横截面。在其他示例中，轮廓线可以具有圆形、矩形、三角形或其他指定形状。分离过滤器134可以被配置具有轮廓线168，轮廓线168与至少一侧上具有预定最小宽度(w1)的狭槽间隔开。狭槽的大小和形状可以基于配置而变化。例如，轮廓线168可以被布置成在轮廓线168之间形成狭槽172，使得如果该布置是平坦的，则狭槽在该布置的至少一侧上具有预定最小宽度(w1)。 [0043] 在图2和图3中所示的示例中，支撑件170沿着基本平行于真空罐130的中心轴线(X)的方向定向，分离过滤器134的轮廓线168沿着基本水平的方向定向，使得轮廓线168之间的狭槽172在基本上垂直于真空罐130的中心轴线(X)的方向上定向。在另一个示例(未示出)中，分离过滤器134的楔形线168在基本上平行于真空罐130的中心轴线(X)的方向上定向，使得轮廓线168之间的狭槽在基本平行于真空罐130的中心轴线的方向上定向。 [0044] 在图4中，示出了分离过滤器134的一部分，以说明组合废物的液体分离。在一个示例中，分离过滤器134可以是楔形线过滤器，尽管该设计可以在其他类型和配置的金属或线过滤器中实现和依赖于其他类型和配置的金属或线过滤器。在该示例中，分离过滤器134包括多个线，线中的每一个具有楔形或三角形横截面。多个线可以被布置为使得分离过滤器134具有V形槽，V形槽从在中央分离容积164处的圆柱形管状形状的内圆周处的每对楔形线之间的具有预定最小宽度(w1)的狭槽延伸到在外部166处的圆柱形管状形状的外圆周处的较宽开口(w2)。当固体被包含在中央分离容积164内并且被引导到真空罐130的基部142中的固体容纳部分160时，允许液体通过的线的形状。例如控制器110还可以致动泵、马达和阀以控制真空罐130。控制器110可以致动真空泵112以经由入口132将组合废物从主容器102或122排放到入口腔室156中。入口132和入口腔室156被配置使得当组合废物流进入入口腔室156时，组合废物流的速度被入口腔室156的几何形状而减慢。入口腔室具有切向入口 132，使得体积流被分配到壁，使得组合废物流以螺旋状被引导到真空罐130的中央分离体积164，并且进一步被分配到过滤器134的内壁。流体可以通过分离过滤器134并且收集在基部142的液体容纳部分162中。 [0045] 对于排尿事件，成比例的少量固体可以收集在固体容纳部分160中；然而，固体可以保持收集，直到随后发生具有额外固体的事件为止。例如，如果通过用户选择或传感器确定了排尿事件，则控制器110可以致动第二阀150以经由液体出口138释放收集的液体。在一些示例中，对于排尿事件，可以向真空罐130施加过压，以经由固体出口136释放保持收集在固体容纳部分160中的任何固体。对于排便事件，其中，固体部分被收集在真空罐130的基部142中的固体容纳部分160中，可以通过重力或通过过压经由固体出口136释放固体部分。例如，在收集在基部142的液体容纳部分162中的液体部分已经被释放之后，可以向真空罐130施加过压。在开启第二阀150之后，收集在液体容纳部分162中的组合废物的液体部分可以通过由于重力引起的流动经由液体出口138释放。真空泵112可以被反转用于过压，或者可以使用单独的泵来对真空罐130的内容物加压。在向真空罐施加压力之后，可以经由固体出口136释放收集在固体容纳部分160中的组合废物的固体部分。第一致动器148可以被配置为操作固体出口136处的第一阀，第二致动器152可以被配置为操作液体出口138处的第二阀150。控制器可以被配置为当过压被施加到真空罐130时开启第一阀146，从而释放收集在固体容纳部分160中的组合废物的固体部分。 [0046] 固体分离器106在固体出口136处配置有由马达致动的双向阀146。在另一个示例中，可以通过过压来致动双向阀146。例如，双向阀146可以是球阀。当真空罐的内容物被加压时，可以开启双向阀以引导固体流用于处理较大系统的一个或更多个模块中的粪便和其他固体。例如，固体流输出可以作为输入被输送到粪便处理模块或系统中。在对真空罐加压并且释放固体部分之后，可以通过开启双向阀来释放液体部分。允许液体部分被动地从液体容纳部分排出。液体容纳部分的基部具有将液体引导到液体出口的斜面。从液体出口释放的液体流可以被引导用于在较大系统的一个或更多个模块中进行处理。例如，液体流输出可以作为输入被输送到液体处理模块或系统中。例如，液体流可以被引导到缓冲系统和/或尿液和废水处理系统。在示例中，从组合废物中分离的液体部分包括小于5％的干固体内容物，固体内容物包括粪便和卫生纸。在示例中，从组合废物中分离的固体部分包括约1％‑25％的干固体内容物，固体内容物包括粪便和卫生纸。 [0047] 前端还可以包括无接触人机界面，该无接触人机界面被配置为向用户传达厕所系统的状态。例如，人机界面可以集成到用户界面窗格中，并且可以指示厕所系统已准备好使用、需要维护、被关闭等。人类废物收集和分离系统可以连接到电源，并且在一些示例中，在间歇性电力或临时电力损失的情况下，还可以包括备用电池。在一些示例中，人类废物收集和分离系统或完整的厕所系统可以由电池或离网能源系统供电。 [0048] 图5示出使用如本文所述的图1A的系统收集和分离人类废物的示例方法。在框1102处，将人类废物接收到容器中。人类废物包括液体废物和固体废物中的至少一个。液体废物包括尿液和漂洗水中的至少一个。固体废物包括以下至少一个：粪便和厕所附带物(如卫生纸)。人类废物包括以下至少一个：尿液、粪便和厕所附带物。 [0049] 在一些示例中，当容器包括尿液分流器124(例如图1B中所示的系统101)时，该方法还可以包括经由形成在容器中的尿液分流器对尿液的旁路部分进行分流。例如，旁路液体出口可以连接到尿液罐，以在释放黄色流用于进一步处理之前容纳主要含有尿液的液体。例如，对于排尿事件，液体废物可以主要包括尿液和一些水，并且经由尿液分流器从主容器出口分流到黄色流出口。 [0050] 在框1104处，接收用于人类废物事件的一定体积的冲洗水，该一定体积的冲洗水足以将任何残留的尿液、残留的粪便和卫生纸冲洗到主容器的主出口。在一些示例中，预定体积的水用于任何人类废物事件。在一些示例中，第一预定体积可以用于排尿事件，第二预定体积可以用于排便事件。例如，相对于排便事件所需的一定体积的水，第一预定体积可以被认为是小的。 [0051] 在框1106处，经由主容器的主出口排放组合废物，组合废物包括冲洗水。真空泵可以用于形成弱真空，以将组合废物运输到固体分离器的真空罐。 [0052] 在框1108处，将组合废物接收到真空罐的入口部分中。入口部分成形为使组合废物减速并且将其引导到真空罐内的分离容积中。固体分离器的入口可以定位成切向地接收组合废物，并且沿着入口腔室的圆周内壁引导组合废物以减速和阻尼输入。例如，入口可以偏离中心定位，使得所接收的组合废物流沿着内壁入口腔室流入，并且以圆周运动通过入口腔室，其中，腔室被成形为将组合废物流引导至腔室出口。例如，入口偏离中心并且形成为使得输入流以螺旋状被引导。 [0053] 在框1110处，使组合废物的液体部分通过分离过滤器，以将液体收集在基部的液体容纳部分中。基部具有固体容纳部分和液体容纳部分，固体容纳部分形成在真空罐的基部中并且定位在真空罐内的中心，液体容纳部分形成在基部中并且围绕固体容纳部分。当组合废物流被接收到分离过滤器内的分离容积中时，具有横向方向运动的一些液体将通过分离过滤器。接收到分离容积中的组合废物的液体也可以通过重力被引导流动通过分离过滤器。 [0054] 在框1112处，将组合废物的固体部分收集在基部的固体容纳部分中。固体容纳容积被配置为当液体部分通过到分离过滤器和真空罐壁之间的容积时容纳组合废物的分离的固体部分。当组合废物通过重力沉降时，组合废物的固体部分保留在分离过滤器内。固体容纳部分可以具有漏斗形状以容纳固体并将固体引导到固体出口，同时允许过量的液体收集在液体容纳部分中。 [0055] 在框1114处，经由固体出口释放已收集在固体容纳部分中的组合废物的固体部分。可以向真空罐施加过压，使得分离容积内的一些剩余液体被空气强制通过分离过滤器以收集在基部的液体容纳部分中。固体分离器在固体出口处配置有由马达驱动的双向阀。当真空罐的内容物被加压时，可以开启双向阀以引导固体流用于处理较大系统的一个或更多个模块中的粪便和其他固体。例如，固体流输出可以作为输入被输送到粪便处理模块或系统中。 [0056] 在框1116处，释放已收集在真空罐的基部中形成的液体容纳部分中的组合废物的液体部分。固体分离器在液体出口处配置有由致动器操作的双向阀。在对真空罐加压和释放固体部分之前，可以通过开启双向阀来释放液体部分。允许液体部分被动地从液体容纳部分排出。液体容纳部分的基部具有将液体引导到液体出口的斜面。从液体出口释放的液体流可以被引导用于在较大系统的一个或更多个模块中进行处理。例如，液体流输出可以作为输入被输送到液体处理模块或系统中。例如，液体流可以被引导到缓冲系统和/或尿液和废水处理系统。 [0057] 人类废物收集和分离系统100或101可以被配置用于各种系统和应用。在一些示例中，固体分离器106可以用于其他应用中，并且可以被配置为分离从除厕所以外的源接收的组合废物。如上所述，人类废物收集和分离系统100或101或固体分离器106，可以是被配置用于独立的非下水道厕所系统的分离系统。例如，在独立的非下水道厕所系统中，被配置为接收人类废物的前端系统可以包括人类废物收集和分离系统100或101。人类废物收集和分离系统100或101可以被配置为作为独立的非下水道厕所系统(例如液体处理系统、固体处理系统和/或另一个分离系统)的其他系统的一部分操作并且与独立的非下水道厕所系统的其他系统集成。 [0058] 图6示出包括前端系统1、缓冲罐系统2、尿液和废水系统3以及水氧化固体处理系统4的非下水道单个单元厕所系统的示例示意图。在该示例中，前端系统1可以是包括本文所述的人类废物收集和分离系统100或101的分离系统。例如，前端系统1可以被配置为捕获人类废物并且将混合废物流分离成绿色流和棕色流中的至少一个。在使用系统101的示例中，还可以分离黄色流。分离后的绿色流、棕色流和/或黄色流可以通过缓冲罐系统2被进一步处理。缓冲罐系统2可以被配置为将澄清后的绿色流输出到尿液和废水处理系统3，并且将棕色流浆料输出到水氧化固体处理系统4。此外，缓冲罐系统2可以接收来自非下水道单个单元厕所系统的一个或更多个系统或模块的输入，用于进一步处理。非下水道单个单元厕所系统可以被配置为输送处理后的液体输出和处理后的固体输出。清洁水和/或处理后的水可以被进一步用于前端系统1中的冲洗水系统中，或者用于在一个或更多个系统或模块中进行处理。单个单元厕所系统可以进一步包括控制单元，控制单元包括用于系统操作的至少一个控制器和/或系统的一个或更多个模块，包括阀、泵、马达、传感器和其他设备。 [0059] 图7示出包括前端系统1、缓冲罐系统2、尿液和废水系统3、体积减少固体处理系统5和外部燃烧器6的非下水道单个单元厕所系统的另一示例示意图。在该示例中，前端系统1可以是包括本文所述的人类废物收集和分离系统100或101的分离系统。如图所示，前端系统1可以是模块化的，并且被配置为适用于非下水道单个单元厕所系统的另一配置。尽管在图6和图7中都有类似的系统，但在图8中示出了不同的固体处理模块作为体积减少固体处理系统5。类似于图6，前端系统1可以被配置为捕获人类废物并且将混合废物流分离成绿色流和棕色流中的至少一个。在使用人类废物收集和分离系统101的示例中，也可以分离黄色流。分离后的绿色流、棕色流和/或黄色流可以通过缓冲罐系统2被进一步处理。缓冲罐系统 2可以被配置为将澄清后的绿色流输出到尿液和废水处理系统3，并且将棕色流浆料输出到体积减少固体处理系统5。单个单元厕所系统可以被配置为输送处理后的液体输出和处理后的固体输出。单个单元厕所系统可以进一步包括控制单元，控制单元包括用于系统操作的至少一个控制器和/或系统的一个或更多个模块，包括阀、泵、马达、传感器和其他设备。 在该示例中，外部燃烧器6也可以是非下水道单个单元厕所系统的一部分，可以被配置为接收处理后的固体输出。 [0060] 各方面 [0061] 以下示例性方面的列表支持本文提供的公开并且受本文提供的公开的支持。 [0062] 方面1.一种用于对组合人类废物进行分离的固体分离器，固体分离器包括： [0063] 真空罐，具有顶部、基部和圆柱形壁，真空罐包括： [0064] 入口腔室，入口腔室形成在真空罐内的顶部处，入口腔室包括入口和腔室出口； [0065] 固体容纳部分，固体容纳部分形成在真空罐的基部中并且定位在真空罐内的中心，固态容纳部分包括固体出口，固体容纳部分被配置为容纳组合废物的分离的固体部分； [0066] 液体容纳部分，液体容纳部分形成在真空罐的基部中并且容纳在围绕固体容纳部分的真空罐内，液体容纳部分包括液体出口，液体容纳部分被配置为容纳组合废物部分的分离的液体部分； [0067] 分离过滤器，分离过滤器具有圆柱形管状形状并且从腔室出口延伸到固体容纳部分，分离过滤器在真空罐内形成中央分离容积；以及 [0068] 其中，入口腔室被配置为经由入口接收组合废物，使得组合废物以围绕入口腔室内表面的螺旋状被引导并且被引导到中央分离容积，组合废物的液体部分被允许流过分离过滤器到围绕中央分离容积的外部部分并且收集在基部的液体容纳部分中，组合废物的固体部分被容纳在中央分离容积内并且收集在基部的固体容纳部分中。 [0069] 方面2.根据方面1所述的固体分离器，其中，分离过滤器包括多个轮廓线，轮廓线中的每一个具有指定的横截面，多个轮廓线以规则的间隔布置以形成多个凹槽，凹槽从圆柱形管状形状的内圆周处的轮廓线之间的狭缝延伸到圆柱形管状形状的外圆周处的较宽开口。 [0070] 方面3.根据方面1或2所述的固体分离器，其中，真空罐的基部在液体容纳部分内具有倾斜的基部，使得收集在基部的液体容纳部分中的组合废物的液体部分的流被引导到液体出口。 [0071] 方面4.根据方面1‑3中任一项所述的固体分离器，其中，固体容纳部分是漏斗形或圆锥形，以将组合废物的固体部分引导到固体出口。 [0072] 方面5.根据方面1‑4中任一项所述的固体分离器，其中，在向真空罐施加压力之后，经由固体出口释放收集在固体容纳部分中的组合废物的固体部分。 [0073] 方面6.根据方面1‑5中任一项所述的固体分离器，其中，通过重力经由液体出口释放收集在液体容纳部分中的组合废物的液体部分。 [0074] 方面7.根据方面1‑6中任一项所述的固体分离器，还包括被配置为操作固体出口处的第一阀的第一致动器和被配置为操作液体出口处的第二阀的第二致动器。 [0075] 方面8.根据方面1‑7中任一项所述的固体分离器，其中，第一阀被配置为当过压被施加到真空罐时开启，从而释放收集在固体容纳部分中的组合废物的固体部分。 [0076] 方面9.根据方面1‑8中任一项所述的固体分离器，其中，第二阀在第一阀之后被致动，从而释放收集在液体容纳部分中的组合废物的液体部分。 [0077] 方面10.一种系统，包括： [0078] 包括主出口的容器，该容器被配置为接收人类废物，人类废物包括以下至少一个：尿液和粪便； [0079] 冲洗罐，被配置为将一定体积的冲洗水输送到容器以在容器内与人类废物形成组合废物；以及 [0080] 方面1‑9中任一项所述的固体分离器。 [0081] 方面11.根据方面10所述的系统，其中，当主阀被致动时，通过真空泵将弱真空施加到固体分离器的真空罐以排空容器。 [0082] 方面12.根据方面10或11所述的系统，还包括用户界面，用户界面被配置为供用户选择冲洗模式，冲洗模式包括以下至少一个：尿液事件模式和排便事件模式。 [0083] 方面13.根据方面10‑12中任一项所述的系统，其中，容器包括尿液分流器，并且响应于排尿事件，尿液的旁路部分被被动地引导到容器的旁路出口和尿液罐。 [0084] 方面14.一种用于使用根据方面1‑9中任一项所述的固体分离器收集和分离人类废物的方法，该方法包括： [0085] 将人类废物接收到具有主出口的容器中，人类废物包括以下至少一个：尿液和粪便； [0086] 接收一定体积的冲洗水，从而在容器内形成组合废物； [0087] 通过容器的主出口将组合废物排空到固体分离器中；以及 [0088] 将组合废物分离成主要包括流体和一些固体的液体部分和主要包括固体和一些流体的固体部分。 [0089] 方面15.根据方面14所述的方法，其中，排空组合废物包括：使用真空泵形成弱真空以将组合废物运输到固体分离器。 [0090] 方面16.根据方面14或15所述的方法，其中，组合废物经由入口被接收到固体分离器的入口腔室中，入口定位成切向地接收组合废物，并且沿着入口腔室的周向内壁引导组合废物以使组合废物减速。 [0091] 方面17.根据方面14‑16中任一项所述的方法，其中，在向真空罐施加压力之后，经由固体出口释放收集在固体容纳部分中的组合废物的固体部分。 [0092] 方面18.根据方面14‑17中任一项所述的方法，其中，从组合废物中分离的液体部分包括小于5％的干固体内容物，固体内容物包括以下至少一个：粪便和卫生纸。 [0093] 方面19.根据方面14‑18中任一项所述的方法，其中，从组合废物中分离的固体部分包括约1％‑25％的干固体内容物，固体内容物包括以下至少一个：粪便和卫生纸。 [0094] 方面20.根据方面14‑19中任一项所述的方法，其中，一定体积的冲洗水包括基于所接收的人类废物归因于排尿事件还是排便事件的预定量的冲洗水。 [0095] 本文所述实施例的特征具有代表性，并且在替代实施例中，可以添加或省略某些特征和元件。应当理解的是，除非另有说明，否则本公开不限于特定材料、制造工艺等，因为这些材料、制造工艺等可以变化。还应理解的是，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非旨在限制。在本公开中，也可以在逻辑上可能的情况下按照不同的顺序执行步骤。 |
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