蔣求生 周 姣

湘潭醫(yī)衛(wèi)職業(yè)技術(shù)學院，湖南 湘潭 411102

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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，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入?yún)捬醭剡M行厭氧反應(yīng)產(chǎn)生并收集沼氣，再在好氧池進行充分的生物菌好氧反應(yīng)，然后經(jīng)生物溝凈化達到排放標準。

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，一是浪費水資源嚴重，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)用新建廁所的場所，對于現(xiàn)有廁所的改造場合基本不適合，針對這一情況，本研究設(shè)計了基于厭氧好氧組合工藝的生態(tài)環(huán)保廁所，可以對現(xiàn)有廁所進行整改，實現(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、太陽能風力發(fā)電裝置、曝氣機)、沼氣恒溫裝置12(沼氣收集裝置、恒溫裝置)、水處理裝置13(進料裝置、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行集中環(huán)保生態(tài)處理，先在厭氧池中進行厭氧反應(yīng)產(chǎn)生并收集沼氣，后在好氧池中進行生物菌好氧反應(yīng)，在曝氣機的作用下反應(yīng)充分進行，后經(jīng)生態(tài)溝進行凈化處理達到排放標準。整個過程中產(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進料口、15進料池蓋板、16進料池、17進料池過濾板、18進料通道、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恒溫熱水進口、26恒溫熱水出口、27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)沼氣恒溫裝置由進氣、37氣閥A、41水氣分離器、40沼氣儲存器、39燃氣增壓器、38氣閥B、進水、47單向閥A、45儲水罐、43水增壓器、42燃氣熱水器、46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)到廁所的實用信號，并將信號送給微處理器，微處理器對信號進行計數(shù)，微處理器根據(jù)廁所的實用頻率信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)的曝氣機工作時間與強度，控制系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)通過進料收集裝置自動收集廁所排泄物，通過厭氧裝置進行厭氧反應(yīng)產(chǎn)生沼氣并進行收集，厭氧反應(yīng)后進行好氧反應(yīng)，在好氧生無菌的作用下，進行生物降解分解后，通過溢流口進入生態(tài)溝凈化達到排放標準。收集到的沼氣通過儲存裝置存儲后提供給燃氣熱水器，對厭氧池、好氧池的恒溫裝置進行供熱，同時給廁所提供熱水。

水處理裝置由14進料口進行進料、15進料池蓋板可遮蓋進料池并起防臭作用，在16進料池后有17進料池過濾板可對廁所排泄物進行過濾處理，然后通過18進料通道進入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恒溫管道可對厭氧池進行恒溫處理，24厭氧池沉淀隔離板可對厭氧池種的料進行隔離分區(qū)；好氧池上有25恒溫熱水進口、26恒溫熱水出口為恒溫裝置的熱水循環(huán)進出口，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曝氣接口由曝氣機進行供氣，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，處理水進入34生態(tài)溝，在35凈化生物及卵石的作用進行凈化處理，再通過36排水口進行環(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)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)，整個厭氧消化可以粗略地將厭氧消化過程劃分為三個連續(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物先在細胞外酶作用下水解為小分子溶解性有機物，然后滲入細胞內(nèi)分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類等，這個階段主要產(chǎn)生較高級脂肪酸。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)乙酸細菌的作用下第一階段產(chǎn)生的各種有機酸被分解轉(zhuǎn)化成乙酸，在降解奇數(shù)碳數(shù)有機酸時除了產(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：好氧池種的有機污染物從廢水中被去除的實質(zhì)就是有機底物作為營養(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胞。一般將這整個凈化反應(yīng)過程分為二個階段：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的吸附能力，因此在這很短的時間內(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，隨著時間的推移，混合液的BOD5值會回升，再之后，BOD5值才會逐漸下降。

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)啟動恒溫裝置給厭氧好氧池供熱，當熱水龍頭46打開時，自來水通過47單向閥A進入45儲水罐經(jīng)過43水增壓器進入42燃氣熱水器產(chǎn)生熱水給熱水龍頭；當微處理器通過溫度傳感器感知溫度低時，自動啟動43水增壓器，在水增壓器、燃氣熱水器、恒溫管道、單向閥B、儲水罐之間形成一個閉合的熱水回路對厭氧好氧池進行供熱處理，同時通過溫度檢測決定供熱的時長。單向閥A可向系統(tǒng)補充水。

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氣管道、通過37氣閥A、進入41水氣分離器進行沼氣的過濾處理，通過40沼氣儲存器進行沼氣儲存，在39燃氣增壓器的作用下提高沼氣的內(nèi)壓，通過38氣閥B給燃氣熱水器供沼氣；外部自來水通過進水管道連接47單向閥A，通過45儲水罐在43水增壓器的作用下提高熱水器的實用水壓，通過42燃氣熱水器加熱后、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)一進行生物處理，可實現(xiàn)環(huán)保處理效果，排放水可達排放標準；系統(tǒng)處理工程中產(chǎn)生的沼氣自動收集，并通過燃氣熱水器給系統(tǒng)的恒溫裝置提供熱水，同時可給廁所提供熱水；通過太陽能風力發(fā)電裝置給系統(tǒng)供電，可給系統(tǒng)提供充足能源，擴展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。通過電氣系統(tǒng)自動獲取廁所的使用頻率，自動調(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目“基于厭氧-好氧組合工藝的生態(tài)環(huán)保廁所研究”(編號：14C1112)。

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