一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统及方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202311495277.1 | 申请日 | 2023-11-10 |
| 公开(公告)号 | CN117263289A | 公开(公告)日 | 2023-12-22 |
| 申请人 | 北京工业大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 任家炜; 马士程; 王芳君; | 第一发明人 | 任家炜 |
| 权利人 | 北京工业大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 北京工业大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：北京市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：北京市朝阳区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：北京市朝阳区平乐园100号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：100124 |
| 主IPC国际分类 | C02F1/00 | 所有IPC国际分类 | C02F1/00 ; C02F3/12 ; C02F3/00 ; C02F3/20 ; C05C9/00 |
| 专利引用数量 | 7 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 河北识诺知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 张朝阳; |
| 摘要 | 本 发明 公开一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统及方法，特别适合于人口密集的公共建筑、绿色社区等。该处理系统主要包括进 水 池、pH 泵 、 膜 生物 反应器 、出水池，源分离尿液通过pH泵从进水池进入 膜生物反应器 进行稳定化和无害化处理，使得出水水质具有稳定、无嗅、无菌、储存周期长，且保留尿液中 植物 生长所需全部营养和水分的特性，可以直接回收作为植物 营养液 用于周边的绿色植被生长 肥料 使用。 | ||
| 权利要求 | 1.一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统，其特征在于，包括依次连接的小便池(1)、进水池进水管(2)、进水池(3)、吸水管(4)、pH泵(5)、压水管(6)、MBR反应器(7)、中空纤维膜(8)、出水池进水管(9)、出水池(10)、出水池溢流管(11)； |
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| 说明书全文 | 一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统及方法技术领域背景技术[0002] 生活污水中富含大量的氮磷钾等营养物质，这些元素一旦被超标排放到水体环境中，将造成水体中藻类过度生长，引起水体富营养化问题。尿液，作为生活污水中体量很小的一部分，仅占生活污水体积的1％，却提供了超过80％的氮负荷，50％的磷负荷和60％的钾负荷。将尿液进行源头分流，可以大幅的降低下游污水处理厂的负荷，成本以及环境污染。与此同时，将分离的尿液进行原位处理回收，便可以变废为宝，以低成本，低污染，低排放的工艺和原材料制备具有全营养元素的有机肥料，这将有助于形成一个集污染控制、循环利用和生态保护于一体的治理体系。 [0003] 由于未经处理的人类尿液通常含有大量的致病细菌和病毒，并且伴随一些恶臭的挥发性气味化学物质(如氨、甲硫醇和硫化氢等)，直接其作为液体肥料灌溉植物在可接受性和可行性方面面临挑战。人们普遍认为，尿液在使用前应被加工成无嗅和无菌的肥料产品。此外，原尿中的尿素在收集和输送过程中通常沿管网发生水解，导致pH值升高，氨气(NH3)挥发和鸟粪石沉淀，造成氮磷元素流失并堵塞管道。因此将尿液在第一时间进行原位收集与分散式处理，达到稳定化、无嗅化和无菌化的状态变得十分必要。 [0004] 降低pH，将氨氮转化为稳定的硝态氮，去除不被植物吸收的COD，去除细菌与病毒等关键环节是实现源分离尿液资源化的根本策略。基于好氧硝化的膜生物反应器(MBR)可以以极低的成本同时实现这些要求。然而尿液中的高氨氮、高盐浓度和较大的pH波动，很大程度上限制了膜生物反应器中功能微生物的活性以及工艺的稳定性。与此同时，微生物驯化周期长，反应器进水要求苛刻，分散式处理单元占地面积局限，缺少专业人员管理等问题，长期阻碍了源分离尿液资源化的推广与普及。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统及方法，以对从源头分离的尿液通过微生物作用进行酸化处理，降低pH，降解COD及微污染物，减少氨气(NH3)等臭味气体的释放，避免鸟粪石等沉淀的生成和氮磷镁元素的流失。经微生物处理的尿液通过中空纤维膜过滤将细菌和病毒等致病微生物去除并拦截，过滤后的溶液仍保留氮磷钾等营养元素，最终制备成利于植物生长的全营养肥料。 [0007] 因此，本发明提供一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统及方法，其采用的技术方案如下： [0008] 根据本发明的第一方面，提供一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统，包括依次连接的小便池、进水池进水管、进水池、吸水管、pH泵、压水管、MBR反应器、中空纤维膜、出水池进水管、出水池、出水池溢流管； [0009] 所述进水池通过小便池重力或压力进水，所述进水池内设有进水池溢流管以及进水池排泥放空管； [0010] 所述MBR反应器中的进水通过pH泵从进水池中抽取，MBR反应器内设有MBR反应器通气管以及MBR反应器排泥放空管； [0011] 所述中空纤维膜固定在MBR反应器内部，所述中空纤维膜底部绑扎并与出水池进水管连接；所述出水池通过中空纤维膜重力或压力进水，所述出水池内设有出水池溢流管以及出水池排泥放空管。 [0012] 进一步地，所述进水池进水管上设有Y型过滤器以及截止阀，所述Y型过滤器与截止阀位于靠近进水池一侧；所述进水池连接有进水池溢流管，所述进水池溢流管上设有截止阀，所述进水池排泥放空管上设有电磁缓闭阀；所述吸水管上设有截止阀，位于靠近进水池一侧；所述压水管上设有截止阀，位于靠近MBR反应器一侧；所述MBR反应器通气管上设有截止阀，所述MBR反应器排泥放空管上设有电磁缓闭阀；所述出水池进水管上设有电磁缓闭阀，位于靠近MBR反应器一侧；所述出水池溢流管上设有截止阀，所述出水池排泥放空管上设有电磁缓闭阀。 [0013] 进一步地，所述进水池内设有静压液位计，所述MBR反应池内设有静压液位计，所述出水池内均设有静压液位计；所述MBR反应池中设有pH计； [0014] 所述pH泵的启闭由MBR反应器中的pH计控制：当MBR反应器中的pH值低于设定pH值下限时，pH泵启动，MBR反应器开始进水；当MBR反应器中pH值高于设定pH值上限时，pH泵关闭，MBR反应器停止进水； [0015] 所述MBR反应器中的出水由MBR反应器中的静压液位计控制：当MBR反应器中的液位达到最高液位时，出水池进水管上的电磁缓闭阀打开，MBR反应器开始出水；当MBR反应器中的液位达到最低液位时，出水池进水管上的电磁缓闭阀关闭，MBR反应器停止出水。 [0016] 进一步地，通过鼓风机向所述MBR反应器中进行曝气，空气经过曝气管路，进入到MBR反应器底部设置的曝气圆盘，曝气圆盘上均匀布设微孔曝气头；所述曝气管路上设有空气流量计、截止阀与泄压阀；所述MBR反应器顶部设置MBR反应器通气管将反应器与外部大气连接，平衡反应器内部气压。 [0017] 进一步地，还包括中控箱，所述中控箱被配置为： [0018] 控制进水池排泥放空管上电磁阀的启闭、MBR反应器排泥放空管上电磁缓闭阀的启闭、出水池排泥放空管上电磁缓闭阀的启闭； [0019] 控制反冲洗备用泵、鼓风机的启停； [0020] 设定MBR反应器内pH值上下限，控制MBR反应器pH泵的启停；设定MBR反应器内高低水位，控制MBR反应器排水管上的电动阀的启停；设定进水池、出水池中的高低水位，控制进水池、出水池的进水与出水。 [0023] 所述二层放置pH泵、MBR反应器、反冲洗备用泵、鼓风机、中控箱； [0024] 所述一层和所述二层的底部均设置隔板。 [0025] 根据本发明的第二方面，提供一种应用如上所述的处理系统的源分离尿液处理方法，所述方法包括： [0026] 通过所述进水池进水管将源分离尿液加入进水池，在进水池中静置控制尿素水解比例或者加入脲酶抑制剂，得到第一水体混合物； [0027] 基于pH计控制将所述第一水体混合物加入所述MBR反应池中进行好氧硝化，得到第二水体混合物； [0028] 基于静压液位计控制，将所述第二水体混合物加入所述出水池进行储存，收集液态尿源肥料。 [0030] 进一步地，所述MBR反应器中，溶解氧控制在6.0mg/L以上，悬浮物固体浓度维持在5～15g/L。 [0031] 进一步地，所述MBR反应器中的pH值下限为4，上限为10，最高水位为100cm，最低水位为20cm。 [0032] 本发明的有益效果是： [0034] (2)本发明通过MBR反应器中的去中心化原位生物硝化系统，最大限度的将氨氮转化为硝态氮，减少氮的损失，稳定尿液中的氮的同时减少了臭味的产生。 [0035] (3)本发明实现源分离尿液中氮、磷、钾等元素的全营养回收。 [0036] (4)本发明对源分离尿液中的COD等污染物进行降解，对悬浮物、致病细菌和病毒进行有效截留。 [0037] (5)本发明可根据MBR反应器中的处理水量和处理效果，自动培养驯化污泥，同时实现在线控制，节省人力成本，提高操作准确性，让整个回收系统更加稳定。 [0039] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。 [0041] 图2示出了根据本发明实施例的一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统的主视图； [0042] 图3示出了根据本发明实施例的一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统的左视图； [0043] 图4示出了根据本发明实施例的一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统的立体图。 [0044] 附图标记： [0045] 1—小便池或其他可以实现尿液源分离的器具，2—进水池进水管，3—进水池，4—吸水管，5—pH泵，6—压水管，7—MBR反应器，8—中空纤维膜，9—出水池进水管，10—出水池，11—出水池溢流管，12—Y型过滤器，13—进水池溢流管，14—进水池排泥放空管，15—静压液位计，16—MBR反应器排泥放空管，17—pH计，18—静压液位计，19—曝气管路，20—空气流量计，21—出水池排泥放空管，22—静压液位计，23—反冲洗备用泵，24—鼓风机，25—中控箱，26—曝气圆盘，27—MBR反应器通气管。 具体实施方式[0046] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0047] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 [0048] 实施例1： [0049] 本发明实施例提供一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统，如图1至4所示，该系统包括用于收集尿液的小便池1，该小便池1依次经过串联的小便池1进水管2、蓄水池3、吸水管4、pH泵5、压水管6、MBR反应器7、中空纤维膜8、出水池进水管9、出水池10、出水池溢流管11；所述进水池3通过小便池1重力或压力进水，进水池3内设有进水池溢流管13以及进水池排泥放空管14，进水池溢流管13位于进水池3上部，进水池排泥放空管14位于进水池 3底部中心位置；所述MBR反应器7中的进水通过pH泵5从进水池3中抽取，MBR反应器7内设有MBR反应器通气管27以及MBR反应器排泥放空管16，MBR反应器通气管27位于MBR反应器7顶部，MBR反应器排泥放空管16位于MBR反应器7底部中心位置；所述中空纤维膜8固定在MBR反应器7内部，中空纤维膜8底部绑扎并与出水池进水管9连接；所述出水池10通过中空纤维膜 8重力或压力进水，出水池10内设有出水池溢流管11以及出水池排泥放空管21，出水池溢流管11位于出水池10上部，出水池排泥放空管21位于出水池10底部中心位置。 [0050] 在具体实施时，通过MBR反应器7中的微生物群体可以实现对源分离尿液的稳定化处理，将氨氮转化为稳定的硝态氮，同时可以减少氨气等臭味的排放，降解去除COD等污染物，再结合中空纤维膜的物理净化作用，可以将反应器中的污泥以及人类尿液中通常存在的大量致病细菌和病毒有效过滤。 [0051] 在具体实施时，通过对整个源分离尿液回收系统的集成一体化，便于适配各种不同场景下的尿液源分离管道，而且移动方便、占地面积小；再加上中控箱25内PLC全自动控制系统，可以做到对MBR反应器7中污泥的自动驯化培养，自动进水与出水；配合云端远程控制系统，实现不需要人员在场看管，线上检测并控制系统运行，很好地实现源分离尿液资源高效率全自动回收。 [0052] 在本发明的一些优选实施例中，所述进水池进水管2上设有Y型过滤器12以及截止阀，Y型过滤器12与截止阀位于靠近进水池3一侧；所述进水池3中，进水池溢流管13上设有截止阀，进水池排泥放空管14上设有电磁缓闭阀；所述pH泵5的吸水管4上设有截止阀，位置靠近进水池3一侧；所述pH泵5的压水管6上设有截止阀，位置靠近MBR反应器7一侧；所述MBR反应器7中，MBR反应器通气管27上设有截止阀，MBR反应器排泥放空管16上设有电磁缓闭阀；所述出水池进水管9上设有电磁缓闭阀，位置靠近MBR反应器7一侧；所述出水池10中，出水池溢流管11上设有截止阀，出水池排泥放空管21上设有电磁缓闭阀。 [0053] 在本发明的一些优选实施例中，所述进水池3、MBR反应池7、出水池10内设有静压液位计；所述MBR反应池7中设有pH计17；所述pH泵5的启闭由MBR反应器7中的pH计17控制，当MBR反应器7中的pH值低于设定pH值下限时，pH泵5启动，MBR反应器7开始进水；当MBR反应器7中pH值高于设定pH值上限时，pH泵5关闭，MBR反应器7停止进水；所述MBR反应器7中的出水由MBR反应器7中的静压液位计18控制，当MBR反应器7中的液位达到最高液位时，出水池进水管9上的电磁缓闭阀打开，MBR反应器7开始出水，当MBR反应器7中的液位达到最低液位时，出水池进水管9上的电磁缓闭阀关闭，MBR反应器7停止出水。 [0054] 在本发明的一些优选实施例中，所述由鼓风机24向MBR反应器7中进行曝气，空气经过曝气管路19，进入到MBR反应器7底部设置的曝气圆盘26，曝气圆盘26上均匀布设微孔曝气头；所述曝气管路19上设有空气流量计20、截止阀与泄压阀；所述MBR反应器7顶部设置MBR反应器通气管将反应器与外部大气连接，平衡反应器内部气压，防止爆炸。 [0055] 在本发明的一些优选实施例中，所述整个系统流程由中控箱25自动控制实现；所述中控箱25可以通过PLC控制进水池排泥放空管14、MBR反应器排泥放空管16、出水池排泥放空管21上电磁缓闭阀的启闭，还可以控制反冲洗备用泵23、鼓风机24的启停；所述中控箱25可实现PLC设定MBR反应器7内pH值上下限与高低水位，控制MBR反应器的进水与出水，还可设定进水池3、出水池10中的高低水位，控制进水池3、出水池10的进水与出水。 [0056] 在本发明的一些优选实施例中，所述系统装置整体外侧为框架结构，分为两层，一层放置进水池3、出水池10，二层放置pH泵5、MBR反应器7、反冲洗备用泵23、鼓风机24、中控箱25；所述每层底部设置隔板，整个系统装置高出地面10cm，并在最底部设置四个万向轮。 [0057] 在本发明的一些优选实施例中，所述进水池3通过重力自流与小便池1连通。 [0058] 在本发明的一些优选实施例中，所述MBR反应器7通过pH泵5与进水池3相连。 [0059] 在本发明的一些优选实施例中，所述中空纤维膜8的出水方式可选择重力自流出水或泵压力出水。 [0061] 实施例2： [0062] 本发明实施例提供一种源分离尿液处理方法，该方法基于一种源分离尿液营养回收的分散式处理系统，如图1至4所示，该系统包括小便池1、进水池3、pH泵5、MBR反应器7、出水池10、反冲洗备用泵23、鼓风机24以及中控箱25。其中小便池1通过进水池进水管2与进水池3相连，进水池3内设有进水池溢流管13、进水池排泥放空管14与静压液位计15；pH泵的进水端通过吸水管4与进水池3相连，并将原尿液通过压水管6加压至MBR反应器7中进行处理。MBR反应器7位于进水池3上方，并通过钢架固定在一体化装置二层，反应器中有中空纤维膜 8、MBR反应器排泥放空管16、pH计17以及静压液位计18。鼓风机24通过曝气管路19向MBR反应器7内曝气，以保持溶解氧浓度，维持微生物活性。经过处理后的尿液由重力驱动中空纤维膜8通过出水池进水管9与出水池10相连，出水池10与进水池3并列放置，其中设有出水池溢流管11与出水池排泥放空管21，并通过静压液位计22来控制池中水位。 [0063] 本具体实施措施中MBR一体化装置整体由两层中空钢架整合，进水池3与出水池10置于钢架一层，pH泵5、MBR反应器7、反冲洗备用泵23、中控箱25及鼓风机24置于钢架二层，钢架底层高出地面并设有四个万向轮，方便移动。 [0064] 本具体实施措施中进水池进水管2、进水池溢流管13、进水池排泥放空管14、pH泵吸水管4、pH泵压水管6、出水池进水管9、出水池溢流管11以及出水池排泥放空管21上均设有截止阀，方便装置运行与检修。在进水池进水管2上设有Y型过滤器12，用来清除输送尿液中的机械杂质。 [0065] 本具体实施措施中设有一反冲洗备用泵23，与pH泵5并排放置于一体化装置二层，用于定期反冲洗MBR反应器7，并当进水或出水有困难时进行加压。 [0066] 本具体实施措施中通过鼓风机24压缩空气，曝气管路19上设有截止阀与空气流量计20，对通入空气的多少进行调节。曝气时，压缩空气通过曝气管路19到达反应器底部的曝气圆盘26，从圆盘上的微孔曝气头均匀进入MBR反应器7内，MBR反应器7顶部设置MBR反应器通气管将反应器与外部大气连接，平衡反应器内部气压，防止爆炸。 [0067] 该源分离尿液处理方法的具体处理过程为： [0068] 处理尿液时，尿液由小便池1进行收集，通过进水池进水管2进入到进水池3中贮存，等到MBR反应器7中的pH值降低到中控箱25中设定的pH值下限时，贮存的源分离尿液便通过pH泵5打入MBR反应器7中，在好氧硝化菌的硝化反应和异养菌的降解反应共同作用一段时间后，生物处理后的尿液在重力驱动下由中空纤维膜8过滤至出水池进水管9中，得到稳定化的源分离尿基肥，最后汇集在出水池10中。 [0069] 在本实施例中，源分离尿液中的氨氮被氧化为硝酸盐，COD得到有效去除，N、P、K等对植物有益的元素得以保留，同时充分回收尿液中的水分，从而使处理后的尿液可以稳定的储存，消除了臭味以及细菌病毒的影响；还可以收集为具有复合营养的有机液体肥料，节省运输成本，方便直接使用；并且整个处理方法由PLC设备控制，全程可以实现工艺全程自动化运行，节约人力成本。 [0070] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 |
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