申请日2015.08.06
公开(公告)日2015.11.11
IPC分类号C02F9/14; H02S40/38; E03B3/02; E04H1/12
摘要
本发明公开了一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，包括顺次相连的雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、PLC控制系统、一体化公厕、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统。一体化公厕顶部设有太阳能发电供电系统，用于为雨水过滤收集系统、PLC控制系统、一体化公厕、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统供电。所述的。雨水过滤收集系统用于收集雨水，并对其进行过滤、处理后，用于为公厕供水;组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统串联使用，用于对公厕排水进行处理;PLC控制系统用于整个系统进行自动化控制。本发明的公厕利用清洁能源进行供电，能有效地处理厕所排水，且维护成本低，具有极其重要的生态效益、经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，包括顺次相连的雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、PLC控制系统、一体化公厕(15)、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统;
所述的一体化公厕(15)顶部设有太阳能发电供电系统，太阳能发电供电系统包括太阳能控制器(14)、逆变器(12)、蓄电池(13)和薄膜光伏太阳能板(16)，公厕顶部采用透空结构，透空部分安装有薄膜光伏太阳能板(16)，薄膜光伏太阳能板(16)通过太阳能控制器(14)与蓄电池(13)相连，蓄电池(13)用于储能并为雨水过滤收集系统、PLC控制系统、一体化公厕(15)、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统供电;
所述的雨水过滤收集系统用于收集雨水，并对其进行过滤、处理后，用于为公厕供水;
所述的组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统串联使用，用于对公厕排水进行处理;
所述的PLC控制系统用于对雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、一体化公厕(15)、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统进行自动化控制。
2.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的一体化公厕(15)还包括红外感应器(45)、LED照明灯(17)、烘手机(18)、真空抽污大便蹲位(19)、换气扇(20)、红外感应小便器(21)、常温水箱(22)、产热水箱(23)、冲厕水箱(24)、盥洗池(25)和洗拖池(26)，公厕内部安装有LED照明灯(17)、烘手机(18)、真空抽污大便蹲位(19)、换气扇(20)、红外感应小便器(21)、冲厕水箱(24)、盥洗池(25)和洗拖池(26)，公厕顶部安装有常温水箱(22)和产热水箱(23)，产热水箱(23)中设有产热棒;盥洗池(25)和洗拖池(26)的冷水、热水接口分别与常温水箱(22)、产热水箱(23)相连，真空抽污大便蹲位(19)和红外感应小便器(21)与冲厕水箱(24)相连，LED照明灯(17)、烘手机(18)和红外感应小便器(21)均由蓄电池(13)进行供电。
3.如权利要求2所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的雨水过滤收集系统包括雨水收集管网(48)、雨水弃流过滤设备(6)、第一蓄水罐(7)、提升泵(8)、第二蓄水罐(9)和分散式雨水处理器(10)，雨水收集管网(48)与雨水弃流过滤设备(6)相连，雨水弃流过滤设备(6)分别与第一蓄水罐(7)、第二蓄水罐(9)相连，第一蓄水罐(7)、第二蓄水罐(9)内均设有微动力提升泵(8);第一蓄水罐(7)与分散式雨水处理器(10)相连;分散式雨水处理器(10)与所述的常温水箱(22)和产热水箱(23)相连，第二蓄水罐(9)与所述的冲厕水箱(24)相连;产热水箱(23)、常温水箱(22)和冲厕水箱(24)中均安装有液位传感器(47)，液位传感器(47)与PLC控制系统相连，用于控制微动力提升泵(8)的启动。
4.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的组合式污水处理系统包括顺次相连的调节池(28)、固定床反应器(29)和沉淀池(30);沉淀池(30)和调节池(28)之间用污泥回流泵(43)连接。
5.如权利要求4所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的调节池(28)、固定床反应器(29)和沉淀池(30)均采用A2/O一体化设备罐，A2/O一体化设备罐采用PE材质罐体外表面为波纹状罐壁，波纹状罐壁上水平环绕有多个凸起结构;其中固定床反应器(29)内设置采用多层叠加的中空网状塑料筒作为填料，填料下方设有聚氨酯管式曝气器(44)。
6.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的产热水箱(23)、常温水箱(22)和冲厕水箱(24)还与自来水管网相连，用于在雨水不足时，利用自来水进行补给。
7.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的蓄电池(13)与市电系统(11)构成光电互补系统，两者并接，相互作为补充供能。
8.如权利要求1所述的基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，其特征在于，所述的复合式人工湿地系统包括串联设置的垂直流人工湿地(31)和水平流人工湿地(41)，垂直流人工湿地(31)和水平流人工湿地(41)底部填料层从上到下依次为混合土层(34)、粗砂层(35)、铁渣层(36)、细石层(37)和卵石层(38)，混合土层(34)上种植湿地植物(33)，细石层(37)中设有发热恒温棒(40)，卵石层(38)中设有穿孔曝气管(39);水平流人工湿地(41)的出口与达标水集水井(42)相连。
9.一种如权利要求1所述生态公厕的污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)设定雨水弃流过滤设备(6)的目标弃流雨量;
2)利用雨水收集管网收集雨水，并排入雨水弃流过滤设备(6);同时利用雨水弃流过滤设备(6)上配备的雨量计感应降雨量，当降雨量低于目标弃流雨量时，将雨水通过排污口直接排放;当降雨量达到目标弃流雨量时，关闭排污口，将雨水进行过滤后分两路分别排入第一蓄水罐(7)和第二蓄水罐(9);
3)将第一蓄水罐(7)中的雨水通过微动力提升泵(8)提升至的公厕顶端的分散式雨水处理器(10)，采用上流式方式进行雨水处理;处理后的水排入常温水箱(22)和产热水箱(23)，并利用产热棒对产热水箱(23)中的水进行升温;将第二蓄水罐(9)中的雨水通过微动力提升泵(8)排入冲厕水箱(24);同时分别利用产热水箱(23)、常温水箱(22)和冲厕水箱(24)中的液位传感器感应各自水箱内的水位高度，当水位高于预设最高高度时，关闭相应的微动力提升泵(8)，断开供水;当水位低于预设最低高度时，开启相应的微动力提升泵(8)，进行补水;
4)将冲厕水箱(24)中的作为真空抽污大便蹲位(19)和红外感应小便器(21)的用水，将常温水箱(22)和产热水箱(23)中的水分别作为洗拖池(26)和盥洗池(25)冷水、热水的来源;利用红外感应器(45)感应是否有人进入公厕，当有人进入时，启动换气扇(20)、LED照明灯(17)和语音提示系统(46);当人离开时，关闭换气扇(20)、LED照明灯(17)和语音提示系统(46);
5)当第一蓄水罐(7)和第二蓄水罐(9)中的水位低于预设水位高度时，将产热水箱(23)、常温水箱(22)和冲厕水箱(24)的供水管网切换至自来水管网，利用自来水进行补给;
6)将公厕排出的污水排入组合式污水处理系统(27)，首先进入该系统的调节池(28)，使污水中的固体物质沉淀，漂浮杂物、固体废物被截留在调节池(28)内，澄清的污水溢流至固定床反应器(29)中，利用底部的聚氨酯管式曝气器(44)对废水进行曝气，同时利用填料表面的生物膜对污水进行处理;处理后的污水排入沉淀池(30)，使污水中的污泥得到沉淀，达到泥水分离的目的，污泥回流进入调节池(28);清水继续通过集水井(32)流入垂直流人工湿地(31);
7)使步骤6)中的清水在垂直流人工湿地(31)中由表面纵向流至床底，在纵向流动的过程中污水依次经过混合土层(34)、粗砂层(35)、铁渣层(36)、细石层(37)和卵石层(38)后排入水平流人工湿地，并在推流过程中，利用预先埋设的穿孔曝气管进行供氧，同时，利用发热恒温棒进行保温，以进一步去除污水中的污染物;
8)将经过步骤7)处理后的污水排入达标水集水井(42)，再将其排入第二蓄水罐(9)进行循环使用。
说明书
基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕及其污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕。
背景技术
近年来，随着人们旅游消费观念的转变，越来越多的人更注重贴近大自然的生态游，最终导致这些较为原始的自然景区人流量比平时显著增多，进出公共厕所的人数也大量增加，公厕的用水量及用电量也随之上升。目前的公共厕所一般都利用市政供水系统的供水进行洗手、冲厕，利用市电供电系统维持整个公厕耗能设备的运转，其公共厕所设立后都必须与市政供水和供电系统连通。然而，在一些旅游景区，尤其是较偏远的原始自然景区再加上自然景点比较分散，使得这些公共配套设施远离市政供水供电管网。因此，对于在自然景点所设置的公共厕所，通过市政供水系统供水和供电系统供电就较为困难，当入厕者便后没有水洗手，更没有水对厕所内的便槽及时进行冲洗，再加上没有通风和排气设施，不但影响个人卫生，还造成整个公共厕所内难以观瞻、臭气熏人，导致如厕者对旅游景区评价降低。另外即便景区中接入了供水和供电管网，由于人流量的增多公厕的用水量增加，导致公厕用水费用提升及排污量增加，加剧了污水管网及污水处理厂的负荷。目前有的采用污水冲、打包回收的方法，运行管理成本较高，也有采用就地填埋降解的方法，不能有效去除大肠杆菌等病原体，对环境污染严重。
如申请号为CN200920230651.4的实用新型专利公开了一种箱体式生态厕所，但该厕所仅设有简单的箱式结构，无法进行污水处理，容易对环境造成危害。而申请号为CN200410026169.0的一种智能环保生态厕所，尽管具有废水处理装置，但其处理设备采用活性炭柱、臭氧消毒器等装置，其建设成本较高，其维护成本也是是公共设施难以承受的。因此，开发一种经济、环保的生态厕所具有极其重要的生态效益、经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是现有技术中存在的不足，为更好地解决和克服公厕用水量大、设备耗能费用较高及公厕排污废水的循环利用等难题，实现充分利用自然资源且公厕排污废水循环利用的新型公厕目标，并提出一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕系统，具体技术方案如下：
一种基于太阳能发电的雨水冲洗生态公厕，包括顺次相连的雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、PLC控制系统、一体化公厕(15)、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统;
所述的一体化公厕(15)顶部设有太阳能发电供电系统，太阳能发电供电系统包括太阳能控制器(14)、逆变器(12)、蓄电池(13)和薄膜光伏太阳能板(16)，公厕顶部采用透空结构，透空部分安装有薄膜光伏太阳能板(16)，薄膜光伏太阳能板(16)通过太阳能控制器(14)与蓄电池(13)相连，蓄电池(13)用于储能并为雨水过滤收集系统、PLC控制系统、一体化公厕(15)、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统供电;
所述的雨水过滤收集系统用于收集雨水，并对其进行过滤、处理后，用于为公厕供水;
所述的组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统串联使用，用于对公厕排水进行处理;
所述的PLC控制系统用于对雨水过滤收集系统、太阳能发电供电系统、一体化公厕(15)、组合式污水处理系统和复合式人工湿地系统进行自动化控制。
所述的一体化公厕(15)还包括红外感应器(45)、LED照明灯(17)、烘手机(18)、真空抽污大便蹲位(19)、换气扇(20)、红外感应小便器(21)、常温水箱(22)、产热水箱(23)、冲厕水箱(24)、盥洗池(25)和洗拖池(26)，公厕内部安装有LED照明灯(17)、烘手机(18)、真空抽污大便蹲位(19)、换气扇(20)、红外感应小便器(21)、冲厕水箱(24)、盥洗池(25)和洗拖池(26)，公厕顶部安装有常温水箱(22)和产热水箱(23)，产热水箱(23)中设有产热棒;盥洗池(25)和洗拖池(26)的冷水、热水接口分别与常温水箱(22)、产热水箱(23)相连，真空抽污大便蹲位(19)和红外感应小便器(21)与冲厕水箱(24)相连，LED照明灯(17)、烘手机(18)和红外感应小便器(21)均由蓄电池(13)进行供电。
所述的雨水过滤收集系统包括雨水收集管网(48)、雨水弃流过滤设备(6)、第一蓄水罐(7)、提升泵(8)、第二蓄水罐(9)和分散式雨水处理器(10)，雨水收集管网(48)与雨水弃流过滤设备(6)相连，雨水弃流过滤设备(6)分别与第一蓄水罐(7)、第二蓄水罐(9)相连，第一蓄水罐(7)、第二蓄水罐(9)内均设有微动力提升泵(8);第一蓄水罐(7)与分散式雨水处理器(10)相连;分散式雨水处理器(10)与所述的常温水箱(22)和产热水箱(23)相连，第二蓄水罐(9)与所述的冲厕水箱(24)相连;产热水箱(23)、常温水箱(22)和冲厕水箱(24)中均安装有液位传感器(47)，液位传感器(47)与PLC控制系统相连，用于控制微动力提升泵(8)的启动。
所述的组合式污水处理系统包括顺次相连的调节池(28)、固定床反应器(29)和沉淀池(30);沉淀池(30)和调节池(28)之间用污泥回流泵(43)连接。
所述的调节池(28)、固定床反应器(29)和沉淀池(30)均采用A2/O一体化设备罐，A2/O一体化设备罐采用PE材质罐体外表面为波纹状罐壁，波纹状罐壁上水平环绕有多个凸起结构;其中固定床反应器(29)内设置采用多层叠加的中空网状塑料筒作为填料，填料下方设有聚氨酯管式曝气器(44)。
所述的产热水箱(23)、常温水箱(22)和冲厕水箱(24)还与自来水管网相连，用于在雨水不足时，利用自来水进行补给。
所述的蓄电池(13)与市电系统(11)构成光电互补系统，两者并接，相互作为补充供能。
所述的复合式人工湿地系统包括串联设置的垂直流人工湿地(31)和水平流人工湿地(41)，垂直流人工湿地(31)和水平流人工湿地(41)底部填料层从上到下依次为混合土层(34)、粗砂层(35)、铁渣层(36)、细石层(37)和卵石层(38)，混合土层(34)上种植湿地植物(33)，细石层(37)中设有发热恒温棒(40)，卵石层(38)中设有穿孔曝气管(39);水平流人工湿地(41)的出口与达标水集水井(42)相连。
一种如权利要求1所述生态公厕的污水处理方法，包括如下步骤：
1)设定雨水弃流过滤设备(6)的目标弃流雨量;
2)利用雨水收集管网收集雨水，并排入雨水弃流过滤设备(6);同时利用雨水弃流过滤设备(6)上配备的雨量计感应降雨量，当降雨量低于目标弃流雨量时，将雨水通过排污口直接排放;当降雨量达到目标弃流雨量时，关闭排污口，将雨水进行过滤后分两路分别排入第一蓄水罐(7)和第二蓄水罐(9);
3)将第一蓄水罐(7)中的雨水通过微动力提升泵(8)提升至的公厕顶端的分散式雨水处理器(10)，采用上流式方式进行雨水处理;处理后的水排入常温水箱(22)和产热水箱(23)，并利用产热棒对产热水箱(23)中的水进行升温;将第二蓄水罐(9)中的雨水通过微动力提升泵(8)排入冲厕水箱(24);同时分别利用产热水箱(23)、常温水箱(22)和冲厕水箱(24)中的液位传感器感应各自水箱内的水位高度，当水位高于预设最高高度时，关闭相应的微动力提升泵(8)，断开供水;当水位低于预设最低高度时，开启相应的微动力提升泵(8)，进行补水;
4)将冲厕水箱(24)中的作为真空抽污大便蹲位(19)和红外感应小便器(21)的用水，将常温水箱(22)和产热水箱(23)中的水分别作为洗拖池(26)和盥洗池(25)冷水、热水的来源;利用红外感应器(45)感应是否有人进入公厕，当有人进入时，启动换气扇(20)、LED照明灯(17)和语音提示系统(46);当人离开时，关闭换气扇(20)、LED照明灯(17)和语音提示系统(46);
5)当第一蓄水罐(7)和第二蓄水罐(9)中的水位低于预设水位高度时，将产热水箱(23)、常温水箱(22)和冲厕水箱(24)的供水管网切换至自来水管网，利用自来水进行补给;
6)将公厕排出的污水排入组合式污水处理系统(27)，首先进入该系统的调节池(28)，使污水中的固体物质沉淀，漂浮杂物、固体废物被截留在调节池(28)内，澄清的污水溢流至固定床反应器(29)中，利用底部的聚氨酯管式曝气器(44)对废水进行曝气，同时利用填料表面的生物膜对污水进行处理;处理后的污水排入沉淀池(30)，使污水中的污泥得到沉淀，达到泥水分离的目的，污泥回流进入调节池(28);清水继续通过集水井(32)流入垂直流人工湿地(31);
7)使步骤6)中的清水在垂直流人工湿地(31)中由表面纵向流至床底，在纵向流动的过程中污水依次经过混合土层(34)、粗砂层(35)、铁渣层(36)、细石层(37)和卵石层(38)后排入水平流人工湿地，并在推流过程中，利用预先埋设的穿孔曝气管进行供氧，同时，利用发热恒温棒进行保温，以进一步去除污水中的污染物;
8)将经过步骤7)处理后的污水排入达标水集水井(42)，再将其排入第二蓄水罐(9)进行循环使用。
有益效果
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1)本工艺系统中雨水收集渠道增多，且洗拖和冲厕水进行不同工艺处理，基本达到盥洗和冲厕的目的。
2)设置了雨水弃流过滤装置，使得污染较严重的前期雨水从弃流口排走，雨水得到了初步的净化。
3)公厕顶部采用方形透空结构，透空部安装上光伏太阳能板作为公厕顶棚，一方面起到遮挡作用，另外一方面起到透光作用，保证公厕白天充足的光线。
4)整套光伏太阳能发电系统设置了市电并网系统，保证了整套公厕系统正常持续运行的同时，还可以利用清洁能源，达到节能减排的目的。
5)在产热水箱中设置了隔断，在其中一个隔断中安装了太阳能产热棒，使得进入盥洗间的游客可根据需求旋转水龙头按柄选择冷热水进行盥洗。
6)大便器采用了真空抽污系统，大幅度的节约了水源。
7)组合式污水处理设备罐体采用改性PE材质，加入了抗氧化剂，抗紫外线剂等添加剂，可耐各类腐蚀，并埋置于地下，减少了用地面积，另外罐体整体强度高，抗浮性能好，且单个罐体体积小质量轻，组合式安装，安装运输便捷;固定床中的填料填充率高，实现了三维流动，完全混合，氧利用效率高，挂膜时间短，寿命长，不容易堵塞;好氧罐体中管式曝气器采用聚氨酯材料，处理效果较好，能量损失减少25%，且使用寿命比较长。
8)采用了垂直流人工湿地和潜流人工湿地串联模式，占地面积较小，避免了潜流对氨氮、磷处理效果不佳，该复合人工湿地对水体的各种污染物处理效率较高，满足了出水达标排放要求。
9)达标水集水井中的水可直接进入第二蓄水罐中进行循环利用，节约了水源。
