生物自净厕所系统 本发明涉及一种废弃物处理以及水回收系统，特别是一种将生物反应器有机地与一般的厕所功能结合起来的生物自净厕所系统。
人体废弃物因含有致病细菌和各种病毒，极易造成公共环境卫生之污染。随着生活水平的提高，人体废弃物之适当处理为保护环境卫生之首要任务。许多现有的厕所系统仅仅是把废物冲入下水道，废水贮水箱(池)、封入塑料袋或提供一些简单的处理。几乎所有的专利保护的真空厕所系统(Oldfelt，et.al.，1997，Johansson et.al.，1998)通常都是采用化学溶液的方法来冲洗厕所，然后将冲洗液收集起来，进行进一步的处理。严格地说，这些真空厕所系统只是对人体废物进行收集和浓缩处理。这些浓缩处理后的废物通常沾污有高浓度的化学有毒物，而要处理最终剩余的有害化学物质，其处理费相当高。并且这种厕所系统造价昂贵，需要其它配套系统。因而，仅限于一些特殊应用场合。为了解决这些问题，许多不同的厕所系统相继诞生。这些包括节水型厕所系统(Hennessy，et.al.，1983，Brower，1991，Martin，1992)；回用简单分离后的废水厕所系统(Niethammer，et.al.，1998，Albentassi et.al.1981和1982，Tsai，1991，Volkner，1992，Mohrman，1991)；电焚烧厕所系统(Brower，1991)；和生物堆肥厕所系统(Roberts，1980，Asikainen，1980，Salokangas et.al.，1980)。这些厕所系统与真空厕所系统相比的确有很多优点，但是它们或多或少存在一些难以克服的问题，如：臭味、残留大量固体废物，耗能高或者卫生水准低。当生物处理过程被成功地用于处理大量城市和工业污水后，生物自净厕所的概念就相继诞生了(Couiello，et.al.，1980；Jordan，1990；Asikainen，1980)。这些早期的生物厕所系统通常是采用物理化学和传统的生物处理方法结合起来，来处理人体排放出的废物。从某种程度上来说，这些系统的确可以直接就地处理人体废物并且重新利用部分处理过的水。但这些系统安装和运行费用较贵，操作起来较复杂，占据较大安装空间并且性能不稳定。更重要的是，这些系统通需要大量维修，常散发出大量的臭味。因而需要适当地通风系统。这便大大地限制其应用范围，尤其是在那些世界上一些需要节水及公共卫生保护的发展中国家。
本发明的目的是提供一种可以有效克服上述问题发生的新型生物自净厕所系统，它的处理成本低，处理后剩余的终产物少，有利于环境保护。
本发明的目的是这样实现的：它由以下几部分组成：
a.一厕所装置，该装置系包括冲水槽、接受废污物的便池、净化水贮蓄槽、以及污物冲洗系统；
b.一贫氧固体/废物收集室，可将大型固体废物收集、分解成小型悬浮颗粒；
c.一厌氧生物反应器系统；
d.一好氧生物反应器系统；
e.一微型泵房装置，该装置系包括微型泵以输送废水液体；
f.在线曝气氧化消毒系统，该系统包括臭氧发生器以及曝气氧化装置；
g.净化水回收系统，可将经处理后的净化水回收、贮存以作为冲洗用水的循坏再使用。
本发明的具体工作过程如下：
a.接受废弃污物，并将废弃物与含有硝酸盐的水冲洗混合；
b.将废物固液体冲洗至贫氧废物收集室做初步处理，而将大型固体水解液化成小型颗粒或可溶性有机物；
c.将经初步处理之固体输送至厌氧兼氧生物反应器；该厌氧反应器内含固定化微生物菌，可进行发酵作用以及脱硝作用而将有机物质、硝酸盐依序转化为挥发性脂肪酸以及氮气；
d.将经处理之液体输送至好氧生物反应器，该好氧反应器内含固定化微生物菌，可将可溶性有机物质氧化成CO2、并进行硝化作用脱除氨类以及含氮化合物；
e.液体流向微型泵房，由微型泵将液体输送至在线曝气氧化消毒系统以添加臭氧和氧气；
f.将此适量的液体分两路，一路输送至第一个二级生物反应器，另一路经第二个二级生物反应器输送至净化水贮蓄槽可再输送该净化液体至下一循环，以做回收之冲洗用水使用；
g.在不同情况下，可添加三级生物反应器，以达到最高程度的净化。
人体排出的各种废物(液体和固体)经过本发明一系列贫氧、厌氧、好氧生物反应器的处理，并用臭氧/或紫外线对处理的的出水进行深度消毒和净化，从而使处理后出水完全达到回收用水的安全要求，进而循环使用。因此本发明可就地处理人体的各种排出废物(液体和固体)，且经长期使用仍只产生极低量的废弃污泥，故兼具降低废弃物处理成本以及维护环保之优点。
下面结合附图详述本发明的实施例。
图1为本发明生物自净厕所系统实施例一的流程示意图。
图2为本发明生物自净厕所系统实施例二的流程示意图。
图3为本发明生物自净厕所系统实施例三的流程示意图。
图中序号说明：
1、冲水槽 2、便池
3、贫氧固体/废物收集室 4、厌氧生物反应器系统
5、初级好氧生物反应器系统
6、微型泵房 7、微型泵
8、臭氧发生器 9、在线曝气氧化消毒系统
10、曝气装置 11、二级好氧生物反应器
12、第一号三级好氧生物反应器
13、第二号三级好氧生物反应器
14、过剩水排放系统 15、残余废弃物固体污泥
16、净化水贮蓄槽 17、水回收系统
18、生物自净厕所系统
19、厕所装置 20、UV消毒杀菌装置
21、污物冲水系统 22、废污物输送系统
23、收集器 24、污水坑房
25、贫氧反应器 26、好氧分解站
27、过滤系统 28、吸收系统
29、净化系统 30、水回收系统
31、便池
实施例一
本发明所涉及的生物自净厕所系统18如图1所示，主要包括厕所装置19，贫氧固体/废弃物收集室3，厌氧生物反应器系统4，好氧生物反应器系统5，微型泵房6，在线曝气氧化消毒系统9，以及水回收系统17。厕所装置19主要包括冲水槽1、便池2，以及污物冲水系统21。冲水槽1可用来贮存经处理消毒过之净化水以备冲洗便池。因该排放水经过生化处理以及臭氧消毒处理，所以可安全地排放出去。水回收系统17可将经氧化含氮物质和消毒处理后含有臭氧以及硝酸盐的回收水输送至该厕所装置19中用于冲洗；添加上述该化合物可大量减少臭味的产生。在污物冲水系统21的作用下，可将固体废物一起冲洗至贫氧固体/废物收集室3，并将卫生纸、固体废物以及其他较大的固体废物收集起来。该贫氧固体/废物收集室3内的水流速度大于5公尺/秒，PH值在4至5.5之间。在水流的磨耗/侵蚀以及初步生物酸化水解作用下将较大的固体颗粒水解成小型粒子，该小型粒子再经转化成为悬浮的微小颗粒或成为可溶性有机物；同时，将少量不可经生物法除去之固体聚集浓缩起来，产生的极少量的残余废弃物固体污泥15则可予以贮装并定期丢弃。
经转化后的可溶有机废物则被输送至厌氧生物反应器系统4，其内含有经固定化的厌氧性特定菌群，用来对废弃物进行生物性处理以及脱硝作用。该厌氧生物反应器系统4的氧化还原电位(ORP)通常控制在0至约250MV之间，其PH则在4.2至5.7之间。利用由该系统中经固定化厌氧菌产生的酸化水解酶，而将来自贫氧固体/废物收集室3初步处理后的微小固体颗粒，进一步降解成易溶解的有机物，然后再进一步将该有机物转化成挥发性脂肪酸型式(VFAs)。同时在同一反应器系统4中，该经固定化菌群可利用其产生的挥发性脂肪酸做为碳源及能量，以此加速脱硝作用而将硝酸盐转化成氮气。该厌氧反应式如下表示：
在发酵作用进入甲烷气过程之前，脱硝后的废水混合液体即被输送至初级好氧生物反应器系统5内。因此本发明的装置中不需另外添加通风孔或通气设备，该初级好氧生物反应器系统5内含有经固定化的高浓度异养菌群。该菌群可有效去除经厌氧处理过液体中的大部分有机物(大于80％的有机物)、有机悬浮物以及氨类化合物，而超过约90％以上的可溶性物质也被氧化成CO2以及其他最终产物。本发明之初级好氧生物反应器5设计成可让经固定的微生物菌群直接从空气中无限制的吸收氧气。该反应器中的一部分菌群以其经处理的混合液体中的CO2做为其碳源，以此进行硝化作用将氨转化成硝酸盐再转化成氮气而自水中脱除。经过好氧处理过的液体在自然重力作用下向下流入微型泵房6，并经由微型泵7将液体输送至在线曝气装置10，臭氧发生器8将适量的臭氧以及大量氧气一并加入至液体中。当臭氧与液体接触后，臭氧首先与液体中的病菌以及会产生臭味或有色的有机物反应，而将大部分病菌杀死，同时也对液体进行脱味脱色，因此不会产生明显的臭味。一部分由臭氧转化成氧气加上混合于臭氧中的氧气经在线曝气装置10时溶解于液体中，故液体中含有极高量的溶解氧。臭氧用来脱色、除臭以及进行消毒杀菌，并将致病微生物(各种病原菌、病毒)的活性处理至不活性。该经臭氧处理净化后的水将在水回收系统17作用下贮备于清水贮蓄槽16内，而做为下次冲洗便池的清洗用水。并且再经水回收系统17输送到厕所装置19，以进行另一循环的废弃物处理。
实施例二
图2为发明所涉及的生物自净厕所系统的另一实施例，本实施例的大部分元件与功能与实施例一内容相同，其差别在于加上进一步的废水处理步骤。如同前文所述，在实施例一中，废水混合液体经由初级好氧生物反应反应器系统5处理过滤后，已去除掉大部分有机物、有机悬浮物以及将氨类化合物等进行硝化作用转化为硝酸盐，在本实施例中，该废水混合液体进一步被生物反应器系统处理。该好氧系统11含有经固定的微生物菌群，可去除废水混合液体中残余的有机物质、有机悬浮物，并进一步将氨类化合物、含氮化合物氧化成硝酸盐形式。该二级处理好氧生物反应器系统11内的溶解氧(DO)浓度通常在1毫克/升以上，最佳范围在约2至约4毫克/升之间，PH则在约6至约9之间。经上述进一步处理的混合液体在自然重力作用下向下流下微型泵房6，并如前一实施例所叙进行废弃物处理以及水回收的其他步骤。
实施例三
图3为进阶式生物自净厕所系统。本实施例的大部分元件与功能与实施例一内容相同。在本实例中，当冲水槽1加满水后过剩的水将靠重力作用和虹吸原理流入过剩水排放系统14，并通过该排放系统14将水排放至外界环境中。本实施例更进一步设置一个二级好氧生物反应器11以及二个并列的三级好氧生物反应器12与13。如同前文所述，废流污水经过贫氧固体/废物收集室3而在水流力的磨耗以及初步生物酸化水解作用下，将大型固体废弃物水解成微小颗粒或成为可溶性有机物，含有固体废物的废水流被运送至厌氧生物反应器系统4，并在此由经固定化的特种微生物菌群，将有机物质转化成挥发性脂肪酸以进行硝化作用，处理后的废水混合液体再通过初级好氧生物反应器5内的异养微生物菌种处理，进行脱除废水中大部分有机物、有机悬浮物以及氨类化合物、并转化为CO2及其他。经初级好氧生物反应处理后的液体流向微型泵房6中，经由微型泵7的运送，途中在臭氧发生器8以及在线曝气氧化消毒系统9、10的作用下添加入适量的臭氧和足量的可溶性氧。一部分由臭氧转化成氧气加上混合于臭氧中的氧气在经由在线曝气装置10时溶解于液体中，故液体中含有极高量的溶解氧因为一部分臭氧转化氧气并溶于液体中成为溶解氧。该液体再被输送至二级好氧生物反应器系统11中。该系统11可进一步去除液体中残余的有机物、有机悬浮物，以及氨类及氮化合物而转化为硝酸盐形式。本实施例中设计有二个并列的三级生物反应器系统12、13，上述二种系统内亦都含有固定化特种微生物菌种，可对流出水做深层处理。经二级生物处理后的液体分为二部分，一部分(少量)被送至第一号三级生物反应器12，其余部分(大量)则被送至第二号三级生物反应器13中。三级生物反应器12、13可进一步脱除液体中有机物质、悬浮物质以及氨类化合物；而经过处理后的清水其BOD低于5毫克/升、TSS低于5毫克/升、以及TN低于10毫克/升。经过第一号三级生物反应器12处理后的净化水，在自然重力作用下流入冲水箱1内，并与已经过三级好氧处理的含有臭氧的少量水混合，再流经紫外线杀菌消毒装置20，经过臭氧/紫外线二级处理消毒过的净化水为无色无味，而有色、有害生物将被完全清除；而致病微生物菌，包括细菌、病毒、原生生物等亦将被杀死或处理至不活性，从而达到回收用水安全标准。经过上述臭氧/紫外线二级消毒处理的净化水其大肠杆菌含量低于1CFU单位。而大部分液体流过第二号三级理好氧生物反应器13内，再进入系统中继续予以循环净化。以上所述者，仅为用以例释本发明之特点及功能，而非用以限制本发明之可实施范围。其他未脱离本发明所揭示之精神与原理下所完成之等效改变或修饰等，均应包含于下述之专利范围内。