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黑水原位资源化方法和设备
申请号	CN202211062408.2	申请日	2022-09-01	公开(公告)号	CN115417548A	公开(公告)日	2022-12-02
申请人	中国环境科学研究院;			发明人	蒋进元; 谭伟; 宋浩洋; 赫昶钧; 石冬妮;
摘要	本发明属于黑水处理及资源化技术领域，本发明公开了黑水原位资源化方法和设备，设备包括：源分离便器，用于分离得到褐水和黄水；固液分离装置，将褐水进行固液分离得到分离水和固体；干燥热解装置，与固液分离装置的固体出口连通；调节池，与源分离便池的黄水出口连通，用于调节分离水和黄水的水量和水质，得到混合水；炭储存装置，与干燥热解装置连通，用于储存粪基生物炭；吸附装置，分别与调节池和炭储存装置连通，用于通过粪基生物炭吸附混合水得到半处理水；中间水池，分别与吸附装置和加热器连通；膜蒸馏装置，与吸附装置连通；存水箱，与蒸馏装置连通。本发明方法实现了粪尿处理的循环利用。
权利要求	1.一种黑水原位资源化设备，其特征在于，包括：源分离便器，用于源头分离得到褐水和黄水；固液分离装置，与所述的源分离便池的褐水出口连通，用于将所述的褐水进行固液分离得到分离水和固体；干燥热解装置，与所述的固液分离装置的固体出口连通，用于将所述的固体进行干燥热解得到粪基生物炭；调节池，与所述的源分离便池的黄水出口连通，用于调节分离水和黄水的水量和水质，得到混合水；炭储存装置，与所述的干燥热解装置连通，用于储存所述的粪基生物炭；吸附装置，分别与所述的调节池和炭储存装置连通，用于通过所述的粪基生物炭吸附混合水得到半处理水；中间水池，分别与所述的吸附装置和加热器连通，用于储存所述的半处理水；膜蒸馏装置，包括加热器、串联膜组件、换热器及换热器注水箱，与所述的吸附装置连通，用于蒸馏所述的半处理水得到回用水；存水箱，与所述的膜蒸馏装置连通，用于储存所述的回用水。 2.一种粪尿资源化方法，其特征在于，包括如下步骤：将黑水进行源头分离得到褐水和黄水，将所述的褐水固液分离得到分离水和固体，将所述的分离水和黄水混合并调节水量和水质得到混合水，将所述的固体进行干燥热解得到粪基生物炭；将所述的混合水送入吸附装置中进行吸附得到半处理水，将所述的半处理水通过膜蒸馏进行过滤处理得到回用水。 3.根据权利要求2所述的粪尿资源化方法，其特征在于，所述的将得到的固体进行干燥热解得到粪基生物炭为将固体与纤维素或半纤维素物质混合干燥热解得到粪基生物炭。 4.根据权利要求2所述的粪尿资源化方法，其特征在于，所述的粪基生物炭送入所述的吸附装置中用于所述的黄水和分离水的吸附。 5.根据权利要求2所述的粪尿资源化方法，其特征在于，将所述的粪基生物炭用于制备生态肥料。 6.根据权利要求2所述的粪尿资源化方法，其特征在于，将所述的吸附装置中的粪基生物炭吸附后用于制备生态肥料。 7.根据权利要求2所述的粪尿资源化方法，其特征在于，所述的回用水储存在水箱中用于冲厕所。
说明书全文	黑水原位资源化方法和设备技术领域 [0001] 本发明涉及黑水处理及资源化技术领域，具体涉及一种黑水原位资源化方法和设备。背景技术 [0002] 本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。 [0003] 众所周知,我国是世界缺水国家之一,人均水资源占有量仅为世界人均水资源占有量的1/4,水资源短缺和污染问题已严重影响了我国国民经济建设和人们的正常生活。冲厕污水作为生活污水的主要组成部分已越来越受到人们的重视。传统的水冲式厕所几乎都是利用清洁水,每次用水6‑10L,实际是用98％的水稀释了2％的粪便,换句话说,就是2％的粪便污染了98％的水。冲厕污水如未经妥善处理不仅恶臭难闻,而且招致蝇虫大量滋生；粪便达不到无害化,极易导致肠道传染病及寄生虫病的传播。因此,只有突破传统冲水式厕所的局限性,开发循环水冲资源化生态厕所,实现冲厕污水的源头治理和资源化,才能满足人们生活水平日益提高和经济发展的需求。 [0004] 生态厕所是指具有不对环境造成污染,并且能充分利用各种资源,强调污染物净化和资源循环利用概念和功能的一类厕所。目前国内外关于生态厕所的研究主要包括生物自净、生物发酵、物理净化和粪污打包等。然而，目前的生态厕所存在回收物不能充分利用和循环利用的问题。因此，如何从源头将粪污资源化、防治粪便污染、提高资源化利用率和经济效益是当前关注的热点和难点。发明内容 [0005] 本发明实施例的目的是克服现有生态厕所资源化利用率不高、经济效益较差等问题，提供一种热解装置耦合吸附—膜蒸馏装置的粪尿资源化装置及方法。 [0006] 本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的： [0007] 一种黑水原位资源化设备，包括： [0008] 源分离便器，用于源头分离得到褐水和黄水； [0009] 固液分离装置，与所述的源分离便池的褐水出口连通，用于将所述的褐水进行固液分离得到分离水和固体； [0010] 干燥热解装置，与所述的固液分离装置的固体出口连通，用于将所述的固体进行干燥热解得到粪基生物炭； [0011] 调节池，与所述的源分离便池的黄水出口连通，用于调节分离水和黄水的水量和水质，得到混合水； [0012] 炭储存装置，与所述的干燥热解装置连通，用于储存所述的粪基生物炭； [0013] 吸附装置，分别与所述的调节池和炭储存装置连通，用于通过所述的粪基生物炭吸附混合水得到半处理水； [0014] 中间水池，分别与所述的吸附装置和加热器连通，用于储存所述的半处理水； [0015] 膜蒸馏装置，包括加热器、串联膜组件、换热器及换热器注水箱，与所述的吸附装置连通，用于蒸馏所述的半处理水得到回用水； [0016] 存水箱，与所述的蒸馏装置连通，用于储存所述的回用水。 [0017] 一种粪尿资源化方法，包括如下步骤： [0018] 将黑水进行源头分离得到褐水和黄水，将所述的褐水固液分离得到分离水和固体，将所述的分离水和黄水混合并调节水量和水质得到混合水，将所述的固体进行干燥热解得到粪基生物炭；将所述的混合水送入吸附装置中进行吸附得到半处理水，将所述的半处理水通过膜蒸馏进行过滤处理得到回用水。 [0019] 进一步的，所述的将得到的固体进行干燥热解得到粪基生物炭为将固体与纤维素或半纤维素物质混合干燥热解得到粪基生物炭。 [0020] 进一步的，所述的粪基生物炭送入所述的吸附装置中用于所述的黄水和分离水的吸附。 [0021] 进一步的，将所述的粪基生物炭用于制备生态肥料。 [0022] 进一步的，将所述的吸附装置中的粪基生物炭吸附后用于制备生态肥料。 [0023] 进一步的，所述的回用水储存在水箱中用于冲厕所。 [0024] 本发明实施例具有如下有益效果： [0025] 1)实现固体排泄物原位处理和资源化，尿液的收集与循环使用等功能； [0026] 2)褐水经过固液分离装置，使固体进入高温炉碳化制成生物炭，生物炭投加至吸附预处理装置中进行利用，实现褐水在厕所系统中的循环。此外，高温热解粪便可以杀死粪便中的病菌。 [0027] 3)吸附预处理目的是吸附黄水中一部分营养物质(可以吸附38.6％)，进行资源化的同时降低膜污染，同时减少膜蒸馏的氨挥发。 [0028] 4)吸附装置中的粪基生物炭吸附后用于制备生态肥料，实现了厕所粪污源原位资源化，减少粪便收集和转运所致的二次污染和经济成本，经济、环境和社会效益显著。附图说明 [0029] 图1为本发明黑水原位资源化方法和设备中资源化方法流程图； [0030] 图2为本发明黑水原位资源化方法和设备装置中资源化装置结构示意图。具体实施方式 [0031] 下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。 [0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。 [0033] 结合附图2，一种黑水原位资源化设备，包括： [0034] 源分离便器，用于源头分离得到褐水和黄水； [0035] 固液分离装置1，与所述的源分离便池的褐水出口连通，用于将所述的褐水进行固液分离得到分离水和固体； [0036] 干燥热解装置11，与所述的固液分离装置1的固体出口连通，用于将所述的固体进行干燥热解得到粪基生物炭； [0037] 调节池2，与所述的源分离便池的黄水出口连通，用于调节分离水和黄水的水量和水质，得到混合水； [0038] 炭储存装置13，与所述的干燥热解装置11连通，用于储存所述的粪基生物炭； [0039] 吸附装置12，分别与所述的调节池2(中间连接有过水泵3)和炭储存装置连通，用于通过所述的粪基生物炭吸附混合水得到半处理水； [0040] 中间水池10，分别与所述的吸附装置12和加热器9连通，用于储存所述的半处理水； [0041] 膜蒸馏装置，包括加热器9、串联膜组件8、换热器4及换热器注水箱5，与所述的吸附装置12连通，用于蒸馏所述的半处理水得到回用水； [0042] 存水箱6，与所述的膜蒸馏装置连通(中间设有真空泵7)，用于储存所述的回用水。 [0043] 结合附图1，一种粪尿资源化方法，包括如下步骤： [0044] 将黑水进行源头分离得到褐水和黄水，将所述的褐水固液分离得到分离水和固体，将所述的分离水和黄水混合得到混合水，将所述的固体进行干燥热解得到粪基生物炭；将所述的混合水送入吸附装置中进行吸附得到半处理水，将所述的半处理水通过膜蒸馏进行过滤处理得到回用水。 [0045] 褐水经过固液分离装置，使固体进入高温炉碳化制成生物炭，生物炭投加至吸附预处理装置中进行利用，实现褐水在厕所系统中的循环。此外，高温热解粪便可以杀死粪便中的病菌。 [0046] 吸附预处理目的是吸附黄水中一部分营养物质(可以吸附38.6％)，进行资源化的同时降低膜污染，同时减少膜蒸馏的氨挥发。 [0047] 在本发明的一些实施例中，所述的得到的固体进行干燥热解得到粪基生物炭为将固体与纤维素或半纤维素物质混合干燥热解得到粪基生物炭。 [0048] 纤维素或半纤维素物质，将其与粪便一同高温碳化制的生物炭，提高其吸附能力。 [0049] 在本发明的一些实施例中，所述的粪基生物炭送入所述的吸附装置中用于所述的黄水和分离水的吸附。褐水经过固液分离装置，使固体进入高温炉(升温参数：20℃/min。热解温度：250至650可调节。热解时间：30min至60min可调节)碳化制成生物炭，生物炭投加至吸附预处理装置中进行利用。 [0050] 在本发明的一些实施例中，将所述的粪基生物炭用于制备生态肥料。 [0051] 在本发明的一些实施例中，将所述的吸附装置中的粪基生物炭吸附后用于制备生态肥料。 [0052] 在本发明的一些实施例中，所述的回用水储存在水箱中用于冲厕所。 [0053] 本装置实现集成系统能水循环以及N、P资源化，膜蒸馏部分能源由太阳能供给。吸附去除率和膜蒸馏去除率结果如表1所示： [0054] 表1 [0055] 混合水吸附去除率(％) 膜蒸馏去除率(％)TN 15.22 96 TP 18.9 99 + NH4‑N 38.6 87‑90 3‑ PO4 ‑P 8.15 99 [0056] 下面给出一些具体的实施例： [0057] 黑水经过源分离便器分离为黄水和褐水，黄水进入调节池，褐水经过固液分离装置分为固体和分离水。分离水进入调节池，固体进入干燥热解装置在150℃下干燥，在250‑600℃下热解1小时得到粪基生物炭。粪基生物炭进入吸附装置，在50r/min下搅拌吸附黄水中的N和P元素，一定时间取出吸附过后的固体。吸附过后的混合水进入膜蒸馏装置在80℃左右，真空状态下净化混合水从而得到干净水。处理结果如表2所示，由表2可知，本发明的装置和方法，可以将厕所水处理达标。 [0058] [0059] [0060] 应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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