一种农村厕所粪水分离装置及方法与流程

1.本发明属于厕所改造技术领域，更具体的说，涉及一种农村厕所粪水分离装置及方法。


背景技术：

2.目前农村地区厕所绝大多数都完成了改造，传统的旱厕大都被改为冲水马桶，并修建有化粪池作为暂存处，定期由清污车抽吸运往污水处理厂/站进行处理。在这种情况下，居民产生的粪便和厕所冲厕水完全混在一起，造成运往污水处理厂/站的污水中污染指标偏高，对厂/站进水负荷具有一定的冲击。此外，目前农村地区提倡污水就近集中处理，避免长距离的运输工作。厕所化粪池上清液作为农村污水处理中的主要对象，对于小型集中污水处理设施也是巨大的挑战。
3.目前针对上述问题的解决思路主要是将厕所污水和粪便分离开来、分而治之，由此产生了多种解决方案。现有的技术主要从以下几种角度来实现农村厕所固液分离：
①
通过设置物理隔断形成大小便区域，从而实现粪尿分离；
②
通过虹吸法、机械翻转法、过滤法等分离技术来达到厕所粪污固液分离的目的。上述技术中，采用物理隔断等设计方案需要居民改变如厕、冲水习惯等，对居民正常生活规律有一定影响。此外，绝大多数技术方案均设计有动力装置来控制其功能的实现，或设计机械装置并由人为操作来实现，在实际应用过程中可能存在一定局限性。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本技术从厕所粪污固液分离思路出发，考虑到工艺简单、能耗最低和安装便捷等因素，本发明提出了一种农村厕所粪水分离装置及方法，通过安装粪水分离装置在厕所管道上，利用重力和物理过滤作用，将厕所粪污分离为固、液两种形态，从而避免粪污混合造成的污水中污染指标偏高的问题，减轻后续处理成本。同时固液分离可以最大程度地保持粪便原有特征，有利于后续粪便的单独处理。
5.本发明采用以下技术手段：
6.本发明的第一方面，在于提供一种农村厕所粪水分离装置，
7.所述分离装置的主体部分包括第一通道、第二通道，所述第一通道中部与其下方的第二通道相接，且二者相接的交界位置设置滤网使两通道连通；所述第一通道末端开设出渣口；所述第二通道末端开设出水口。
8.优选地，所述第一通道内位于滤网对侧设置挡板，或/和挡帘，所述挡板竖直设置，固定于第一通道内上部，用于阻挡粪便污水从第一通道内壁上半部区域流入出渣口；所述挡帘顶部固定于第一通道内上部、底部自然下垂，用于阻挡粪便污水从第一通道内壁上半部区域流入出渣口。
9.优选地，所述第一通道上部的进口通过管道与便器底部连通。
10.优选地，所述第一通道为等径的管道，包括依次连接的第一竖直段、第一曲线段、
第二曲线段和第二竖直段。
11.优选地，所述第一曲线段为弧形；沿第一曲线段轴线起点的切线与过该点竖直线的夹角α，或，沿第一曲线段轴线终点的切线与过该点水平线的夹角α，范围为9
°
～20
°
。
12.优选地，所述第二曲线段为弧形，其轴线起点与第一曲线段终点相交，且其轴线的半径r范围在0.55～0.9倍管径。
13.优选地，所述第二通道由滤网处向出水口处呈渐缩形状，所述第二通道和第一通道相交轮廓靠近所述出渣口处的壁面与水平方向的夹角β范围在5
°
～15
°
。
14.优选地，所述挡板位于粪污通道内壁在进口处位置并靠近出渣口一侧，为尖拱形板，拱顶与第一竖直段下沿相接，拱顶宽度为0～0.3倍管径。
15.优选地，所述出渣口连接至粪便收集部；所述出水口连接至污水收集部。
16.本发明的另一方面，提供一种基于农村厕所粪水分离装置的分离方法，包括以下步骤：将粪水混合物排入第一通道，所述粪水混合物自进口进入第一通道，经滤网滤下的污水经第二通道的出水口流入污水收集部，滤网滤不出的粪便则沿滤网弧面下滑至第一通道经出渣口流入粪便收集部。
17.本发明具有如下技术效果：
18.1、本装置完全利用粪便、冲厕水的重力势能和冲水过程产生的动能作为能量，无需借助任何辅助设备和外供能源，即可达到粪水高效分离的目的。同时，后续使用过程中也无需定期维护，易于在农村地区厕所改造过程中推广应用。
19.2、本装置宽度与厕所管道管径相同，结构紧凑，占据空间小。
20.3、本装置可通过内外插直接和管道进行连接，具有安装、拆卸便捷等特点，易用性很强。同时，无需对农村居民现有厕所便器进行更换，技术方案实施过程更加简便，对原有设施破坏小。
附图说明
21.图1为本发明提出的安装在管道上的粪水分离装置的纵剖面结构示意图；
22.图2为本发明提出的安装在管道上的粪水分离装置的结构设计示意图；
23.图3为本发明提出的安装在管道上的粪水分离装置的侧面结构示意图；
24.图4为本发明实施例1提出的安装在管道上的粪水分离装置的结构示意图；
25.图5为本发明实施例1、2、3提出的粪水分离装置分离效果验证试验系统的示意图；
26.图6为本发明实施例2所采用的粪水分离装置设计示意图；
27.图7为本发明实施例2中改进的挡帘结构实体图。
28.图中：1主体部分；11第一通道；111第一竖直段；112第一曲线段；113第二曲线段；114第二竖直段；115水平段；12第二通道；13挡板；131挡帘；14进口；15出水口；16出渣口；2滤网；3便器；4固定装置；5水桶；6粪桶；7支架；8平台。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.本发明中，所述第一通道11上段为粪水混合物流通的通道，下段为经过滤网2过滤后的粪便流通的通道；所述第二通道12为污水流通的通道。
31.参见图1，本发明的一种农村厕所粪水分离装置，
32.所述分离装置的主体部分1包括第一通道11、第二通道12，所述第一通道11中部与其下方的第二通道12相接，且二者相接的交界位置设置滤网2使两通道连通；所述第一通道11末端开设出渣口16；所述第二通道12末端开设出水口15。
33.进一步地，所述第一通道11内位于滤网2对侧设置挡板13，或/和挡帘131，所述挡板13竖直设置，固定于第一通道11内上部，用于阻挡粪便污水从第一通道11内壁上半部区域流入出渣口16。
34.进一步地，所述第一通道11内位于滤网2对侧设置挡帘131，所述挡帘131上部固定于第一通道11内上部、底部自然下垂，用于减缓粪便污水从第一通道11内壁上半部区域流入出渣口16。
35.进一步地，所述第一通道11上部的进口14通过管道与便器3底部连通。
36.进一步地，参见图2，所述第一通道11为等径的管道，包括依次连接的第一竖直段111、第一曲线段112、第二曲线段113和第二竖直段114。进一步地，参见图4，所述第一曲线段112和第二曲线段113还可以设置水平段115，所述水平段115两头分别与第一曲线段112和第二曲线段113连通。
37.进一步地，所述第一曲线段112为弧形；沿第一曲线段112轴线起点的切线与过该点竖直线的夹角α，或，沿第一曲线段112轴线终点的切线与过该点水平线的夹角α，范围为9
°
～20
°
。
38.进一步地，，所述第二曲线段113为弧形，其轴线起点与第一曲线段112终点相交，且其轴线的半径r范围在0.55～0.9倍管径。
39.进一步地，所述第二通道12由滤网2处向出水口15处呈渐缩形状，所述第二通道12和第一通道11相交轮廓靠近所述出渣口16处的壁面与水平方向的夹角β范围在5
°
～15
°
。
40.进一步地，参见图3，所述挡板13位于粪污通道11内壁在进口14处位置并靠近出渣口16一侧，为尖拱形板，拱顶与第一竖直段111下沿相接，拱顶宽度为0～0.3倍管径。
41.优选地，所述出渣口16连接至粪便收集部；所述出水口15连接至污水收集部。
42.本发明的另一方面，提供一种基于农村厕所粪水分离装置的分离方法，包括以下步骤：将粪水混合物排入第一通道11，所述粪水混合物自进口14进入第一通道11，经滤网2滤下的污水经第二通道12的出水口15流入污水收集部，滤网2滤不出的粪便则沿滤网2弧面下滑至第一通道11经出渣口16流入粪便收集部。
43.本发明的再一方面，提供一种农村厕所粪水分离装置的试验装置，包括分离装置的主体部分1、便器3、固定装置4、水桶5(即污水收集部)、粪桶6(即粪便收集部)、支架7、平台8，所述便器3底部连通主体部分1的进口14，所述主体部分1的出水口15和出渣口16下方分别设置水桶5和粪桶6；所述水桶5、粪桶6、支架7均放置于平台8上，所述支架7可单独竖直放置在平台8上，所述主体部分1通过固定装置4与支架7固定。固定装置4包括绑带，或/和，胶。
44.本发明的一种农村厕所粪水分离装置，分离装置主体部分1包括粪水混合物流通的第一通道11、污水流通的第二通道12。整个装置设有进口14、出水口15、出渣口16。所述粪
水分离装置竖直安装在厕所管道上，通过管道连接件和厕所管道以及后续污水、粪便收集或处理装置连接。所述滤网2位于第一通道11和第二通道12的交界面上，滤网2形状大小尽可能占据整个交界面。粪便和冲厕水沿管道竖直向下进入装置进口14，冲厕水、尿液等液体通过滤网2进入第二通道12，并经过出水口15流出；粪便等固体被滤网2阻隔，并通过出渣口16排出。在第一通道11位于进口处内壁靠近出渣口16一侧安装有尖拱形挡板13，用于阻挡液体从第一通道11内壁上半部区域流入出渣口16。
45.作为本发明的一种实施方式，第一通道11为与厕所粪管等径的管状通道，其路径曲线分别由第一竖直段111、第一曲线段112、第二曲线段113和第二竖直段114共4部分组成，整体连接平滑流畅，这样设计的目的是保证粪便和污水下滑更顺畅，不易堵塞。
46.作为本发明的一种实施方式，第一曲线段112和第二曲线段113均为弧形，第二曲线段轴线起点段与第一曲线段轴线终点段相切。本发明给出了第二曲线段半径r的范围(0.55～0.9倍管径)，曲线半径过大会增加粪便拥堵的风险，过小则粪便停留时间过短，达不到预期的分离效果。
47.作为本发明的一种实施方式，第二通道12由第一通道11向出水口15设计为渐缩形状，靠近出渣口16处的壁面与水平方向夹角β范围在5
°
～15
°
之间。设置这一角度的目的是防止过滤进入第二通道12前的水在该位置拥堵而重新溢流进旁边的出渣口16，从而提高粪水分离效率。
48.作为本发明的一种实施方式，挡板13为尖拱形板，其底部与第一通道11轴线相交，挡板13拱顶处宽度为0～0.3倍管径。挡板13的作用主要是阻挡液体从第一通道11内壁上半部区域流入出渣口16，因此其水平方向刚好设在第一通道11位于进口处的内壁靠出渣口16的一侧；竖直方向上，其拱顶位于第一竖直段111的下端。通过这样的设置，当进入装置的粪水混合物在将要经过第一通道11上半部分区域流入出渣口16时，水流将被挡板13阻挡并顺着挡板13流入通道下半部分区域，从而和其余粪污一样通过滤网2并得到过滤。通过这一过程来实现粪水分离效率的进一步提高。挡板13拱顶宽度不宜过小，否则当水流过大时可能会绕过挡板13进入出渣口16，造成粪水分离效果不佳；宽度过大则可能影响过流能力。
49.实施例1
50.参照图4，装置主体部分1包括第一通道11、第二通道12，设有进口14、出水口15、出渣口16、挡板13；进口14和出渣口16直径为110mm，出水口15直径为50mm；曲线第一竖直段111长度为30mm，第一曲线段112参数α取9
°
，水平段115长度10mm，第二曲线段113轴线半径r取100mm(0.9倍管径)，第二竖直段114长度30mm；第二通道参数β为5
°
；未设置挡板。
51.为验证装置粪水分离效果，参照图5构建模拟试验系统，该系统包括装置主体部分1、便器3、固定装置4、水桶5(污水收集部)、粪桶6(粪便收集部)、支架7、平台8。粪水分离装置通过固定装置4竖直固定在平台8的支架7上，装置主体1与便器3通过塑料管道和排水直通连接。在出水口15和出渣口16正下方平台8上分别放置一个水桶5和粪桶6，用来收集试验过程中分离出的污水和粪便。模拟试验使用的粪便参考曹昊宇等人的研究《不同旱厕滑道材料对粪便黏附特征影响》中的模拟ⅰ类大便配方制作而成；冲厕水使用自来水；固定装置4包括绑带、胶，用以将相关部件固定在支架7上，以使粪水分离装置竖直固定。试验流程如下：
52.首先准备好试验所需的条件，包括制作好的粪便、搭建完毕的试验系统、冲厕水、
测量容器等。其中，粪便每次试验用量参考成年人每日产生粪便量，取150～200g；冲厕水参考冲水马桶一次按压冲水量范围，取6l。将制作好的大便放入便器3中，随后向便器3中倾倒冲厕水，模拟厕所冲水过程。冲水结束后，等候片刻，然后分别量取、记录水桶和粪桶中污水的体积。
53.粪水分离效率：其中v
水
表示水桶中污水的体积，v
粪
表示粪桶中污水的体积。
54.试验结果表明：实施例1粪水分离装置对模拟大便的平均分离效率η为71.6％。
55.实施例2
56.参照图6，装置主体部分1包括第一通道11、第二通道12，设有进口14、出水口15、出渣口16；进口14和出渣口16直径为110mm，出水口15直径为50mm；曲线第一竖直段111为30mm，第一曲线段112参数α取20
°
，第二曲线段113轴线半径r取100mm(0.9倍管径)，第二竖直段114长度30mm；第二通道12参数β取5
°
；未设置挡板13。
57.本实施例中模拟大便制作、试验系统以及试验流程和检验方法同实施例1。
58.试验结果表明：粪水分离装置平均粪水分离效率η为84.9％。
59.进一步地，在第一通道11位于进口处内壁靠出渣口16的一侧设置挡帘131，参见图7。随后，按前述试验流程在此进行试验验证，最终得出以下结果：改进后本实施例的粪水分离效率η为89.3％。
60.实施例3
61.参照图1，装置主体部分1包括第一通道11、第二通道12、挡板13，设有进口14、出水口15、出渣口16；进口14和出渣口16直径为110mm，出水口15直径为50mm；中心曲线第一竖直段111为30mm，第一曲线段112长度为136.4mm，α取9
°
，第二曲线段113轴线半径r取60mm(0.55倍管径)，第二竖直段114长度30mm；第二通道12参数β取10
°
；挡板13拱顶宽度为33mm(0.3倍管径)，并由拱顶至拱脚呈逐渐减小的趋势。
62.本实施例中模拟大便制作、试验系统以及试验流程和检验方法同实施例1。
63.试验结果表明：实施例3采用的粪水分离装置的平均粪水分离效率η为99.6％。
64.实施例4
65.参照图1，装置主体1包括第一通道11、第二通道12、挡板13，设有进口14、出水口15、出渣口16；进口14和出渣口16直径为110mm，出水口15直径为50mm；中心曲线第一竖直段111为30mm，第一曲线段112参数α取9
°
，第二曲线段113半径r取60mm(0.55倍管径)，第二竖直段114长度30mm；第二通道12参数β取15
°
；挡板13拱顶宽度为15mm(0.14倍管径)，并由拱顶至拱脚呈逐渐减小的趋势。
66.本实施例中模拟大便制作、试验系统以及试验流程和检验方法同实施例1。
67.试验结果表明：实施例4采用的粪水分离装置的平均粪水分离效率η为98.4％。
68.采用上述实施例中的试验装置来模拟本发明提供的粪水分离装置，试验结果表明，本发明提供的粪水分离装置可以取得较好的粪水分离效率。
69.尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构
或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

技术特征：
1.一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述分离装置的主体部分(1)包括第一通道(11)、第二通道(12)，所述第一通道(11)中部与其下方的第二通道(12)相接，且二者相接的交界位置设置滤网(2)使两通道连通；所述第一通道(11)末端开设出渣口(16)；所述第二通道(12)末端开设出水口(15)。2.如权利要求1所述的一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述第一通道(11)内位于滤网(2)对侧设置挡板(13)，或/和挡帘(131)，所述挡板(13)竖直设置，固定于第一通道(11)内上部，用于阻挡粪便污水从第一通道(11)内壁上半部区域流入出渣口(16)；所述挡帘(131)顶部固定于第一通道(11)内上部、底部自然下垂，用于阻挡粪便污水从第一通道(11)内壁上半部区域流入出渣口(16)。3.如权利要求1所述的一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述第一通道(11)上部的进口(14)通过管道与便器(3)底部连通。4.如权利要求1所述的一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述第一通道(11)为等径的管道，包括依次连接的第一竖直段(111)、第一曲线段(112)、第二曲线段(113)和第二竖直段(114)。5.如权利要求4所述的一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述第一曲线段(112)为弧形；沿第一曲线段(112)轴线起点的切线与过该点竖直线的夹角α，或，沿第一曲线段(112)轴线终点的切线与过该点水平线的夹角α，范围为9
°
～20
°
。6.如权利要求5所述的一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述第二曲线段(113)为弧形，其轴线起点与第一曲线段(112)终点相交，且其轴线的半径r范围在0.55～0.9倍管径。7.如权利要求1所述的一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述第二通道(12)由滤网(2)处向出水口(15)处呈渐缩形状，所述第二通道(12)和第一通道(11)相交轮廓靠近所述出渣口(16)处的壁面与水平方向的夹角β范围在5
°
～15
°
。8.如权利要求2所述的一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述挡板(13)位于粪污通道(11)内壁在进口(14)处位置并靠近出渣口(16)一侧，为尖拱形板，拱顶与第一竖直段(111)下沿相接，拱顶宽度为0～0.3倍管径。9.如权利要求1所述的一种农村厕所粪水分离装置，其特征在于：所述出渣口(16)连接至粪便收集部；所述出水口(15)连接至污水收集部。10.基于权利要求1～9任一项所述的一种农村厕所粪水分离装置的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：将粪水混合物排入第一通道(11)，所述粪水混合物自进口(14)进入第一通道(11)，经滤网(2)滤下的污水经第二通道(12)的出水口(15)流入污水收集部，滤网(2)滤不出的粪便则沿滤网(2)弧面下滑至第一通道(11)经出渣口(16)流入粪便收集部。

技术总结
本发明涉及一种农村厕所粪水分离装置及方法。所述粪水分离装置主体部分包括第一通道、第二通道，所述第一通道中部与其下方的第二通道相接，且二者相接的交界位置设置滤网使两通道连通；所述第一通道末端开设出渣口；所述第二通道末端开设出水口。当粪便和冲厕水经过粪水分离装置时，冲厕水、尿液等液体经装置内部的滤网过滤，由出水口流出，粪便等固体由出渣口排出，从而实现粪水分离的效果。该装置完全利用粪便、冲厕水重力势能和冲厕过程中产生的动能作为能量，无需借助任何辅助设备和外供能源，即可达到粪水高效分离的目的。同时，整个装置具有结构紧凑、占据空间小且拆装便捷、无需定期维护等特点，易于在农村地区厕所改造过程中推广应用。过程中推广应用。过程中推广应用。


技术研发人员：李国宏 李惊涛 吴晓辉 贾晋炜 李博文 秦禹 蒋岩 贾树伟
受保护的技术使用者：中冶建筑研究总院有限公司
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/7/22