用于人粪便处理的生物电化学化粪池BEST系统及其使用方法

用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统及其使用方法
技术领域
1.本发明属于化粪池领域，特别是涉及一种用于人粪便处理的生物电化学化粪池best(bio-electrochemical septic tank)系统及其使用方法。


背景技术：

2.目前，我国大部分农村的厕所仍然使用老式的旱厕。厕所内的粪便污水，多数未经完善的处理；化粪池处理后的废物，也并未得到有效的处理，排放到附近的河流和湖泊中，对河流、湖泊等淡水环境造成严重的污染，粪便中富含的氮、磷元素，氮、磷元素使湖水的富营养化加重。
3.厕所内人排泄废物通常需要经过清掏过程，随后将其运送到指定处理地点，需要一定的运输费用，并且在运输过程中存在一定的泄漏风险。因此，开发人排泄废物的原位处理技术变得越来越重要。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决上述背景技术中提到的问题，本发明旨在提出一种用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统及其使用方法，可以高效去除粪便和尿液中的总有机碳、总氮、总磷，为人排泄废物原位处理提供技术支持。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统，包括容器、碳纤维刷阳极、空气阴极、导线、电阻和电流数据收集器，所述空气阴极的下部位于上覆水中，上部暴漏于水上的空气中；碳纤维刷阳极至于容器底部，全部插入到人粪便中，所述电阻两端分别与空气阴极和碳纤维刷阳极连接，所述电流数据收集器连接于电阻两端。
6.更进一步的，所述容器的底部为人粪便，人粪便上方为上覆水尿液。
7.更进一步的，所述容器体积为600ml。
8.更进一步的，所述容器为圆柱形，其直径为18cm，高为33cm。
9.更进一步的，所述容器放置于室温。
10.更进一步的，所述电阻的阻值为1000ω。
11.更进一步的，所述碳纤维刷阳极的直径为2.8cm，长度为3cm。
12.更进一步的，所述空气阴极长5cm，宽3cm。
13.一种所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的使用方法，具体包括以下步骤：
14.(1)、将厕所内粪便作为底物，尿液作为上覆水添加到容器中，将粪便搅拌均匀，碳纤维刷阳极全部插入到底物中，空气阴极下部位于上覆水中，上部暴漏于水上的空气中；
15.(2)、打开电流数据收集器，进行电化学数据采集，进行粪便和尿液的处理。
16.更进一步的，室温下运行45天，完成粪便和尿液的处理。
17.与现有技术相比，本发明所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统及
其使用方法的有益效果是：
18.(1)本发明利用人排泄废物，构建成用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统，由于尿液的密度小于粪便，因此本发明可以利用电化学装置，原位的处理厕所内的粪便，将粪便作为阳极底物，尿液作为阴极电解液，形成一个的电化学化粪池系统，可以去除粪便和尿液中总有机碳、氮磷并同时产生电能，可谓一举多得。
19.(2)本发明利用阳极上附着的菌群将有机质氧化，并将电子传递给阳极，电子通过外电路传递至空气阴极，并与氧气、质子反应生成水，可以强化系统中有机质、氮磷的去除效果。
20.(3)本发明在运行45天后，对上覆水尿液总有机碳、总氮、总磷的去除率分别为90.11％、90.2％、94.28％。对底物粪便的总有机碳、总氮、总磷的去除率为88.59％、58.49％、85.95％，远高于自然降解。
21.(4)本发明可以原位强化处理厕所内的人粪和尿液，并且构造简单，成本低。本发明可用于厕所内人排泄废物的原位处理。
附图说明
22.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的结构示意图；
24.图2为本发明所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的产电图；
25.图3为本发明所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的功率密度图；
26.图4为本发明所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的上覆水总有机碳，总氮含量变化；
27.图5为本发明所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的上覆水总磷含量变化；
28.图6为本发明所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的底物总有机碳、总氮变化；
29.图7为本发明所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的底物总磷变化；其中图4-图7中，对照为未接通电路的开路组。
30.图中：1-容器，2-碳纤维刷阳极，3-空气阴极，4-导线，5-外电阻，6-电流数据收集器。
具体实施方式
31.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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.一、具体实施例一，参见图1-7说明本实施方式，一种用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统，利用尿液作为上覆水，粪便作为底物，包括容器1、碳纤维刷阳极2、空气
阴极3、导线4、电阻5和电流数据收集器6，所述空气阴极3的下部位于上覆水中，上部暴漏于水上的空气中；碳纤维刷阳极2至于容器底部，全部插入到人粪便中，所述电阻5两端分别与空气阴极3和碳纤维刷阳极2连接，所述电流数据收集器6连接于电阻4两端。
33.所述容器1的底部为人粪便，人粪便上方为上覆水尿液。
34.所述容器1体积为600ml。所述容器1为圆柱形，其直径为18cm，高为33cm。所述所述容器1放置于室温。
35.所述电阻5的阻值为1000ω。
36.所用的碳纤维刷阳极2的直径为2.8cm，长度为3cm。
37.所述空气阴极3长5cm，宽3cm，由扩散层，不锈钢网，催化层组成叠状结构，将电活性碳粉末，无水乙醇，聚四氟乙烯按不同比例制备得到扩散层和催化层。
38.碳纤维刷阳极2放置于容器1的底部，空气阴极3位于容器1的上部，碳纤维刷阳极2全部插入到底物(人粪便)中，空气阴极3漂浮于上覆水表面，底部与上覆水接触，顶部与空气接触。系统中的电子由外电路运输到空气阴极3，空气阴极3的扩散层可以捕获空气中的氧气，与质子，电子在催化层反应生产水，促进产电微生物的聚集，优化系统的产电性能。
39.一种所述的用于人粪便处理的生物电化学化粪池best系统的使用方法，具体包括以下步骤：
40.(1)、将厕所内粪便作为底物，尿液作为上覆水添加到容器1中，以粪便湿质量记，粪便质量为250g，尿液体积为250ml，将粪便搅拌均匀，碳纤维刷阳极2全部插入到底泥中，空气阴极3下部位于上覆水中，上部暴漏于水上的空气中；
41.(2)、打开电流数据收集器，进行电化学数据采集，处理45天，完成粪便和尿液的处理。
42.对比实验：对照组为自然降解状态，即不连接电路。具体步骤为：将厕所内的粪便和尿液加入到容器中，以湿重记，粪便质量250g，尿液体积250ml，每5天取闭路组和开路组的样本，测量总有机碳、总氮、总磷的去除情况。
43.由图1-7可知，产电电压最大可达到0.512v，电池最高的输出功率密度为507.476mw/m3，说明本系统具有良好的产电性能。对上覆水尿液总有机碳、总氮、总磷的去除率分别为90.11％、90.2％、94.28％。对底物粪便的总有机碳、总氮、总磷的去除率为88.59％、58.49％、85.95％。闭路组对粪便和尿液的降解效果优于开路组。
44.本发明的原理为：厌氧产电菌氧化人粪便中的有机物，产生电子和质子，电子经过外电路到达空气阴极3，与空气阴极3的氧气反应生成水，将化学能转化为电能，并且促进产电微生物及功能菌的富集，从而强化对有机物，总氮，总磷的去除。
45.本发明首次将电化学用于粪便的原位处理，其利用电化学装置，原位的处理厕所内的粪便，将粪便作为阳极底物，尿液作为阴极电解液，形成一个的电化学化粪池系统，可以去除粪便和尿液中总有机碳、氮磷并同时产生电能，可谓一举多得。
46.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。