[發明專利]一種利用太陽能實現源分離尿液與糞便資源化的處理系統

有效

• 申請號: 202110787033.5
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113683242B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 周雪飛;張亞雷;劉潔;于振江;賴竹林;楊蕾
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10;C02F11/13;C05F3/06;C05G5/20;C02F103/20
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

1.一種利用太陽能實現源分離尿液與糞便資源化的處理系統，其特征在于，包括依次連通的源分離衛生器具（1）、酸化尿液池（2）、尿液太陽能光熱蒸發裝置（3），以及與源分離衛生器具（1）直接連接的糞便太陽能光熱蒸發裝置（4）；所述的酸化尿液池（2）包括自動加藥器（13），保持池內pH維持在4，以固氮除臭；

所述的尿液太陽能光熱蒸發裝置（3）包括透明冷凝板（6）、蒸發室（7）、收集室（5）、隔板（16）、第三管道（18）和第四管道（20），所述蒸發室（7）位于所述透明冷凝板（6）水平位置下方，所述隔板（16）將蒸發室（7）與收集室（5）完全隔開，所述透明冷凝板（6）覆蓋在蒸發室（7）上方并將冷凝水引導至收集室（5），收集的冷凝水通過第三管道（18）實現冷凝回用，蒸發濃縮后的尿液成為高濃度的氮肥、磷肥從第四管道（20）回用于農田綠地；

所述的尿液太陽能光熱蒸發裝置（3）的蒸發室（7）由下至上依次包括水傳輸通道（8）、隔熱層（9）、薄含水層（10）和光熱轉換材料層（11）；所述隔熱層（9）將使所述薄含水層（10）和光熱轉換材料層（11）漂浮于尿液表面，通過所述水傳輸通道（8）的強吸水特性將尿液與薄含水層（10）相接并實現尿液蒸發；

光熱轉換材料層的制備方法如下：

S1、分別配制濃度為0.02 mol·L^-1的三氯化鐵水溶液和吡咯水溶液；

S2、將厚度為900 μm的桐木放置在盛有一定體積的三氯化鐵水溶液的容器中，靜置2h；

S3、將配置好的吡咯水溶液緩慢導入上述容器中，過夜，清洗，烘干；獲得親水的桐木光熱轉換材料層；

S4、配制的二甲基二甲氧基硅烷有機溶液，含1 wt%濃硫酸的異丙醇溶液中含有10 wt%的二甲基二甲氧基硅烷；

S5、將配制的二甲基二甲氧基硅烷有機溶液轉移至噴槍中，在0.05 MPa高壓下將其噴涂在親水的桐木光熱轉換層上，噴涂均勻，膜表面干燥后，用少量去離子水清洗殘留的硫酸，自然條件下晾干；獲得疏水的桐木光熱轉換材料層；

或光熱轉換材料層的制備方法如下：

S1'、分別配制濃度為0.02 mol·L^-1的三氯化鐵水溶液和吡咯水溶液；

S2'、將厚度為280 μm的棉布放置在盛有一定體積的三氯化鐵水溶液的容器中，靜置2h；

S3'、將配置好的吡咯水溶液緩慢導入上述容器中，過夜，清洗，烘干；獲得親水的棉布光熱轉換材料層；

S4'、配制的二甲基二甲氧基硅烷有機溶液，含1 wt%濃硫酸的異丙醇溶液中含有10wt%的二甲基二甲氧基硅烷；

S5'、將親水的棉布光熱轉換材料層浸泡在配制的二甲基二甲氧基硅烷有機溶液中5s，取出后置于表面皿上，室溫下放置在通風櫥中晾干，用少量去離子水清洗殘留的硫酸；自然條件下晾干；獲得疏水的棉布光熱轉換材料層。

2.根據權利要求1所述的一種利用太陽能實現源分離尿液與糞便資源化的處理系統，其特征在于，所述隔熱層（9）內設有多個上下相通的通孔，通孔內設有條狀的吸水材料直接向下伸入尿液中作為引導尿液中的水向所述蒸發室（7）表面傳輸的通道。

3.根據權利要求1所述的一種利用太陽能實現源分離尿液與糞便資源化的處理系統，其特征在于，所述薄含水層（10）采用超親水的材料將尿液從所述水傳輸通道（8）分散到所述薄含水層（10）內部并與光熱轉換材料層（11）緊密接觸。

4.根據權利要求1所述的一種利用太陽能實現源分離尿液與糞便資源化的處理系統，其特征在于，所述隔熱層（9）的厚度為5-10cm；所述隔熱層（9）的材質包括超吸水纖維紙和海綿中的一種或多種。

5.根據權利要求1所述的一種利用太陽能實現源分離尿液與糞便資源化的處理系統，其特征在于，所述水傳輸通道（8）的材質為超吸水材料，包括編織纖維、吸水紙和吸水海綿中的一種或多種。

6.根據權利要求1所述的一種利用太陽能實現源分離尿液與糞便資源化的處理系統，其特征在于，所述光熱轉換材料層（11）表面是超疏水的，避免蒸發表面鹽結晶；所述光熱轉換材料層（11）與所述薄含水層（10）通過水的潤濕作用以及邊緣用膠水粘合在一起，減少空氣對二者的緊密接觸產生影響。