蔣求生 周 姣

湘潭醫(yī)衛(wèi)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411102

?

基于厭氧-好氧組合工藝的生態(tài)環(huán)保廁所研究*

蔣求生 周 姣

湘潭醫(yī)衛(wèi)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411102

生態(tài)環(huán)保廁所可以減少環(huán)境污染，提高人們生活舒適度。本研究中的生態(tài)環(huán)保廁所基于厭氧-好氧組合工藝設(shè)計(jì)，由電氣控制裝置、沼氣恒溫裝置、水處理裝置三部分構(gòu)成。先集中收集大小便進(jìn)入?yún)捬醭剡M(jìn)行厭氧反應(yīng)產(chǎn)生并收集沼氣，再在好氧池進(jìn)行充分的生物菌好氧反應(yīng)，然后經(jīng)生物溝凈化達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

厭氧；好氧；生態(tài)環(huán)保廁所

傳統(tǒng)廁所采用水沖直排的方式工作，一是浪費(fèi)水資源嚴(yán)重，二是排泄物沒有經(jīng)過處理，直接排放，導(dǎo)致水資源污染嚴(yán)重。目前市面上常見的生態(tài)環(huán)保廁所有泡沫封堵型生態(tài)環(huán)保廁所、打包生態(tài)環(huán)保廁所、免水沖打包移動(dòng)生態(tài)環(huán)保廁所、太陽能廁所生態(tài)廁所、車載生態(tài)廁所等等，這些環(huán)保廁所一般適應(yīng)用新建廁所的場(chǎng)所，對(duì)于現(xiàn)有廁所的改造場(chǎng)合基本不適合，針對(duì)這一情況，本研究設(shè)計(jì)了基于厭氧好氧組合工藝的生態(tài)環(huán)保廁所，可以對(duì)現(xiàn)有廁所進(jìn)行整改，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保處理。

一、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)包括電氣控制裝置11(如廁感應(yīng)器、微電腦控制器、太陽能風(fēng)力發(fā)電裝置、曝氣機(jī))、沼氣恒溫裝置12(沼氣收集裝置、恒溫裝置)、水處理裝置13(進(jìn)料裝置、厭氧裝置、好氧裝置、生態(tài)溝裝置)。該系統(tǒng)可將收集到的廁所排泄物進(jìn)行集中環(huán)保生態(tài)處理，先在厭氧池中進(jìn)行厭氧反應(yīng)產(chǎn)生并收集沼氣，后在好氧池中進(jìn)行生物菌好氧反應(yīng)，在曝氣機(jī)的作用下反應(yīng)充分進(jìn)行，后經(jīng)生態(tài)溝進(jìn)行凈化處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)過程中產(chǎn)生的沼氣統(tǒng)一收集并用于給廁所供應(yīng)熱水和給恒溫裝置供熱，可避免沼氣外泄造成安全事故也可給系統(tǒng)提供恒溫環(huán)境有利于系統(tǒng)的處理。系統(tǒng)采用太陽能風(fēng)力發(fā)電裝置給系統(tǒng)供電，使用清潔能源，可使處理系統(tǒng)用于供電不方便的地區(qū)。系統(tǒng)可通過如廁感應(yīng)器獲取廁所的使用頻率，通過微處理器調(diào)節(jié)系統(tǒng)的處理，可使系統(tǒng)合理穩(wěn)定的運(yùn)行。

圖1 生態(tài)廁所處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

二、水處理裝置

如圖2所示，系統(tǒng)水處理裝置由14進(jìn)料口、15進(jìn)料池蓋板、16進(jìn)料池、17進(jìn)料池過濾板、18進(jìn)料通道、19沼氣出口、20厭氧池定蓋板、21厭氧池內(nèi)蓋板、22厭氧池、23恒溫管道、24厭氧池沉淀隔離板、25恒溫?zé)崴M(jìn)口、26恒溫?zé)崴隹凇?7好氧池生物掛鉤、28好氧池蓋板、29好氧池、30曝氣管道、31曝氣接口、32生無菌掛環(huán)、33溢流口，34生態(tài)溝、35凈化生物及卵石、36排水口構(gòu)成。

圖2 系統(tǒng)的水處理裝置示意圖

三、系統(tǒng)的沼氣恒溫裝置

如圖3所示，系統(tǒng)沼氣恒溫裝置由進(jìn)氣、37氣閥A、41水氣分離器、40沼氣儲(chǔ)存器、39燃?xì)庠鰤浩鳌?8氣閥B、進(jìn)水、47單向閥A、45儲(chǔ)水罐、43水增壓器、42燃?xì)鉄崴鳌?6熱水龍頭、23恒溫管道、44單向閥B構(gòu)成。

圖3 系統(tǒng)的沼氣恒溫裝置示意圖

四、系統(tǒng)工作過程

系統(tǒng)如廁感應(yīng)器感應(yīng)到廁所的實(shí)用信號(hào)，并將信號(hào)送給微處理器，微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，微處理器根據(jù)廁所的實(shí)用頻率信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的曝氣機(jī)工作時(shí)間與強(qiáng)度，控制系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)通過進(jìn)料收集裝置自動(dòng)收集廁所排泄物，通過厭氧裝置進(jìn)行厭氧反應(yīng)產(chǎn)生沼氣并進(jìn)行收集，厭氧反應(yīng)后進(jìn)行好氧反應(yīng)，在好氧生無菌的作用下，進(jìn)行生物降解分解后，通過溢流口進(jìn)入生態(tài)溝凈化達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。收集到的沼氣通過儲(chǔ)存裝置存儲(chǔ)后提供給燃?xì)鉄崴?，?duì)厭氧池、好氧池的恒溫裝置進(jìn)行供熱，同時(shí)給廁所提供熱水。

水處理裝置由14進(jìn)料口進(jìn)行進(jìn)料、15進(jìn)料池蓋板可遮蓋進(jìn)料池并起防臭作用，在16進(jìn)料池后有17進(jìn)料池過濾板可對(duì)廁所排泄物進(jìn)行過濾處理，然后通過18進(jìn)料通道進(jìn)入22厭氧池，厭氧池中設(shè)有19沼氣出口方便沼氣的收集，20厭氧池定蓋板、21厭氧池內(nèi)蓋板對(duì)厭氧池起密封作用，在厭氧池底和周圍布置得23恒溫管道可對(duì)厭氧池進(jìn)行恒溫處理，24厭氧池沉淀隔離板可對(duì)厭氧池種的料進(jìn)行隔離分區(qū)；好氧池上有25恒溫?zé)崴M(jìn)口、26恒溫?zé)崴隹跒楹銣匮b置的熱水循環(huán)進(jìn)出口，好氧池的周圍布滿27好氧池生物掛鉤，在掛鉤上安裝生無菌掛環(huán)方便生無菌著床，好氧池底安裝有30曝氣管道，通過31曝氣接口由曝氣機(jī)進(jìn)行供氣，使好氧池供養(yǎng)充分，28好氧池蓋板起遮蓋作用；通過33溢流口，處理水進(jìn)入34生態(tài)溝，在35凈化生物及卵石的作用進(jìn)行凈化處理，再通過36排水口進(jìn)行環(huán)保排放。

系統(tǒng)中的厭氧裝置的生物反應(yīng)過程為：厭氧池中可將廁所排泄物等廢水再無分子氧條件下進(jìn)行降解處理，通過厭氧微生物包括兼氧微生物的作用將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)，整個(gè)厭氧消化可以粗略地將厭氧消化過程劃分為三個(gè)連續(xù)的階段：水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。厭氧消化的第一階段是水解酸化階段，復(fù)雜的大分子等不溶性有機(jī)物先在細(xì)胞外酶作用下水解為小分子溶解性有機(jī)物，然后滲入細(xì)胞內(nèi)分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸、醇類等，這個(gè)階段主要產(chǎn)生較高級(jí)脂肪酸。厭氧消化的第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的作用下第一階段產(chǎn)生的各種有機(jī)酸被分解轉(zhuǎn)化成乙酸，在降解奇數(shù)碳數(shù)有機(jī)酸時(shí)除了產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸外還產(chǎn)生。厭氧消化的第三階段為產(chǎn)甲烷階段，產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、乙酸鹽和等轉(zhuǎn)化為甲烷，此過程由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羥產(chǎn)。

系統(tǒng)中的好氧裝置的生物反應(yīng)過程為：好氧池種的有機(jī)污染物從廢水中被去除的實(shí)質(zhì)就是有機(jī)底物作為營養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結(jié)果使廢水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細(xì)胞。一般將這整個(gè)凈化反應(yīng)過程分為二個(gè)階段：①初期吸附；②微生物代謝。所謂“初期吸附”是指：在好氧池內(nèi)，廢水開始與微生物在較短時(shí)間(10-30min)內(nèi)，由于生物掛鉤和生物掛環(huán)上的生物填料具有很大的表面積因而具有很強(qiáng)的吸附能力，因此在這很短的時(shí)間內(nèi)，就能夠去除廢水中大量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，使廢水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但這并不是真正的降解，隨著時(shí)間的推移，混合液的BOD5值會(huì)回升，再之后，BOD5值才會(huì)逐漸下降。

處理系統(tǒng)中的沼氣恒溫裝置種的熱水工作工程可以描述如下；熱水器工作有兩種情況，一是如廁者打開熱水用水，二是系統(tǒng)啟動(dòng)恒溫裝置給厭氧好氧池供熱，當(dāng)熱水龍頭46打開時(shí)，自來水通過47單向閥A進(jìn)入45儲(chǔ)水罐經(jīng)過43水增壓器進(jìn)入42燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)生熱水給熱水龍頭；當(dāng)微處理器通過溫度傳感器感知溫度低時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)43水增壓器，在水增壓器、燃?xì)鉄崴鳌⒑銣毓艿?、單向閥B、儲(chǔ)水罐之間形成一個(gè)閉合的熱水回路對(duì)厭氧好氧池進(jìn)行供熱處理，同時(shí)通過溫度檢測(cè)決定供熱的時(shí)長。單向閥A可向系統(tǒng)補(bǔ)充水。

處理系統(tǒng)的沼氣恒溫裝置的連接為沼氣池的出氣管道連接恒溫裝置的進(jìn)氣管道、通過37氣閥A、進(jìn)入41水氣分離器進(jìn)行沼氣的過濾處理，通過40沼氣儲(chǔ)存器進(jìn)行沼氣儲(chǔ)存，在39燃?xì)庠鰤浩鞯淖饔孟绿岣哒託獾膬?nèi)壓，通過38氣閥B給燃?xì)鉄崴鞴┱託?；外部自來水通過進(jìn)水管道連接47單向閥A，通過45儲(chǔ)水罐在43水增壓器的作用下提高熱水器的實(shí)用水壓，通過42燃?xì)鉄崴骷訜岷?、可提供熱水給46熱水龍頭，也可提供熱水給23恒溫管道給系統(tǒng)的恒溫系統(tǒng)供熱。

五、系統(tǒng)的效果

通過厭氧好氧工藝將廁所的排泄物收集統(tǒng)一進(jìn)行生物處理，可實(shí)現(xiàn)環(huán)保處理效果，排放水可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)；系統(tǒng)處理工程中產(chǎn)生的沼氣自動(dòng)收集，并通過燃?xì)鉄崴鹘o系統(tǒng)的恒溫裝置提供熱水，同時(shí)可給廁所提供熱水；通過太陽能風(fēng)力發(fā)電裝置給系統(tǒng)供電，可給系統(tǒng)提供充足能源，擴(kuò)展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。通過電氣系統(tǒng)自動(dòng)獲取廁所的使用頻率，自動(dòng)調(diào)節(jié)廁所的曝氣裝置、恒溫裝置，使系統(tǒng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)。本系統(tǒng)在岳陽洞庭湖景區(qū)使用一年多，效果好。

[1]梅小樂.缺氧—好氧—膜生物反應(yīng)器處理人糞尿工藝研究[D].2005.

[2]鄧可彪.環(huán)保廁所的發(fā)展方向[J].中國旅游，2016(04).

[3]李寧波.厭氧環(huán)保廁所在華容縣城市防洪工程中的應(yīng)用[J].湖南水利水電，2012.06.

* 湖南省教育廳科研項(xiàng)目“基于厭氧-好氧組合工藝的生態(tài)環(huán)保廁所研究”(編號(hào)：14C1112)。

TU

A