从人类排泄物中去除化学物质的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种从人类排泄物、如粪便和尿液以及其他物质中去除化学物质的方法。本发明还涉及一种用于该方法的过滤装置，以及包括该过滤装置的马桶。


背景技术：

2.这种方法是已知的，特别是从美国专利申请no.6,317,900中。在其中描述的方法中，人类排泄物被收集在作为马桶的便携式容器中，并被运送到中央处理设施。排泄物中存在的药物物质随后在该设施中被分离出来，然后被销毁。
3.人类排泄物，例如粪便和尿液，也被称为大便，以及其他可能的排泄物，如呕吐物、血液、唾液等，目前通常排放到具有来自冲水马桶的水的污水系统，并远距离运输到污水处理厂。在污水处理厂中，受污染的水被净化，最终排放到地表水中。特别是，由于其浓度在实践中(非常)很低，因而这种纯化方法对于去除(所有)化学物质、如药物，或回收有价值的化学(添加剂)物质并不是充分或有效的。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于从人类排泄物和/或个人卫生材料(例如卫生纸等)有效地去除化学物质，特别是药物物质(例如药剂)的方法，根据本发明的方法具有为此目的的特点，包括以下步骤：
5.为必须去除其排泄物和/或个人卫生材料(如卫生纸等)中的化学物质的人提供马桶；
6.可释放地将过滤装置连接到所述马桶，其中，所述过滤装置包括至少筒，所述至少一个筒是能够移动的；
7.通过运输螺栓将所述排泄物从所述马桶向所述筒中的过滤器运输，其中，通过柱塞对所述排泄物施加压力；
8.使用所述过滤装置将所述化学物质从所述排泄物和/或个人卫生材料(如卫生纸等)中原位过滤出去；
9.定期更换所述至少一个筒；并且
10.处理被更换的筒。
11.换言之，化学物质，如药物物质或药剂，是从排泄物当处被去除的，即在马桶的位置被去除。这与之前相比的显著优势是净化可以更有效地更具体地进行，即直接在冲厕水中化学物质的浓度相对较高、且冲厕水中不同化学物质(如药剂)的数量相对较小的马桶中。在处理过程中，化学物质优选为从所述过滤装置中分离出来。然后，化学物质可以单独处理，例如以单独存储、单独销毁和/或重用的方式。
12.需要注意的是，不论任何类型的马桶都可以采用这种方法，因此不限于冲水类型的马桶。除小便池外，水/尿液在处理前优选为从排泄物的固体部分分离。此外，这种方法还可以应用于有或没有下水道连接的马桶、以及小便池中。
13.还需要注意的是，“化学物质”一词必须在其最广泛的意义上理解，即必须理解为任何可以想象的物质。术语“化学物质”必须理解为至少且不限于生物和有机物质，例如：一般至少部分从植物、动物、微生物、真菌、病毒和/或细菌、药物物质和药剂中提取的物质；部分由人体代谢的化学残留物质，如医疗/药物残留物质和(医疗/医药)残留物质；微污染物；合成物质；放射性物质；以及化学元素等。
14.柱塞优选为构成筒的一部分，并且更优选为能够释放的，即能够从筒释放。除了在过滤器的方向上对排泄物施加压力外，柱塞还可以作为筒的盖。这种实施例还具有不需要清洗柱塞的优点，因为柱塞总是与筒一起更换。当柱塞也能够从筒释放，并因此不形成筒的固定部分时，柱塞能够与运输螺栓一起压缩更大的体积。这意味着柱塞因此可以在较长的路径上移动，与柱塞可以附接到的运输螺栓的外端相对应。换言之，这增加了柱塞的冲程量。
15.在使用过滤装置将化学物质从排泄物原位过滤出去的步骤之后，并且优选为在更换和处理由筒形成的过滤装置之前，柱塞优选作为筒的盖。
16.在运输排泄物之前，柱塞优选为能够释放地联接到运输螺栓的外端，并且该联接更优选地通过位于运输螺栓的外端的联接元件进行，其中，联接元件优选为电、磁、气动或机械操作。联接元件可以包括例如电动夹持器。因此，在每种情况下使用相同运输螺栓的方法，但在该方法的每次反复中使用不同的柱塞。当然，尽管在该方法的每次反复中都不是必需的，但运输螺栓优选为可更换的。联接元件优选地包括能够从联接元件向外移动并被配置成接合在柱塞上的夹持元件。
17.柱塞优选地在运输螺栓和排泄物之间形成屏障，并且所述屏障在这里优选为气密和/或液密屏障。运输螺栓在此不接触排泄物，这在卫生和维护要求方面是有利的。这是又有运输螺栓不受排泄物的影响，因此，运输螺栓和/或运输螺栓外壳的可能的驱动方式也不受排泄物的影响。
18.马桶优选地包括用于接收排泄物的接收室，例如在冲洗排泄物之后。接收室优选为细长接收室，并且运输螺栓优选地被配置为沿细长接收室的纵向移动。筒和接收室优选地形成联合处理室，且优选为在运输排泄物的步骤中。接收室、筒和/或联合处理室优选地直接或间接地连接到真空泵，以便排泄物通过负压移动到接收室、筒和/或联合处理室。马桶更优选地包括排泄物进口，排泄物进口直接或间接地连接到接收室、筒和/或联合处理室。
19.过滤装置的筒优选地包括可读的代码，所述代码指示将化学物质从排泄物中过滤出去，以便可以根据所述代码处理被更换的筒。然后，所述代码(例如颜色代码或条形码)指示过滤装置如何构造或填充特定的应用程序(例如获得特定的药剂或药剂组)。此外，所述代码还提供了以下选择：在收集后以环保的方式处理或再利用过滤装置的筒和特定药剂或药剂组。
20.在冲水马桶中，该方法可以将过滤后的冲厕水分别收集到蓄水池中，并再次作为冲水重复使用。因此，该方法可应用于没有连接到下水道系统的厕所和/或没有固定水连接的马桶。可以选择在冲厕水中添加其他物质，例如生物杀虫剂或气味剂。该方法还可以选择在马桶中的过滤和/或空气提取或空气处理之前或之后增加氧化步骤。
21.在根据本发明的方法的优选实施例中，在人使用马桶后立即将化学物质从排泄物
和/或个人卫生材料(如卫生纸等)中过滤出去。在病人住院或治疗期间，马桶最好是个人的，这样可以使得每个人的排泄物中分离出特定的化学物质，如特定的药剂。
22.在根据本发明的方法的后续优选实施例中，化学物质通过化学过滤、优选通过吸附、和/或通过物理过滤、优选通过uf/nf从排泄物中过滤出去。在后一种情况下，使用优选由膜制成，例如uf/nf膜。膜优选设置适用于待过滤的化学物质的涂层。涂层和/或膜的网格宽度和/或吸附特性例如适用于待过滤的化学物质。
23.在根据本发明的方法的实施例中，过滤装置包括第一可移除筒和第二可移除筒，其中，排泄物的固体部分和可能的个人卫生产品(如卫生纸等)基本上通过第一筒(例如通过过滤)过滤，排泄物的具有化学物质的液体部分(如尿液和可能会有的冲厕水)基本上被第二筒过滤，从而去除化学物质。在第一筒中，排泄物优选地通过过滤结构进行过滤。在第二筒中，排泄物中，根据应用(例如必须去除哪些化学物质)，优选地根据物理(例如uf/nf)和/或化学(例如吸附)原理进行过滤。第一筒和第二筒优选地分别具体体现为单独的可移除单元。在一个替代方案中，第一筒和第二筒共同具体体现为一个可移除单元。如果该方法使用了代码，如上所述，所述代码优选至少设置在第二筒上。在小便池中，只需要过滤尿液，即液体排泄物，在这种情况下，一个筒就足够了，优选是第二筒。
24.筒优选地配置为：排泄物首先被第一筒过滤，然后只被第二筒过滤。排泄物的固体部分，如粪便，在此被第一筒过滤(优选通过筛分)，排泄物的液体部分，如尿液，被第二筒过滤(优选通过吸附)。因此，排泄物的固体和液体部分的过滤残留物可以分开处理。在化学物质为药剂的情况下，其最大部分通常将被第二筒过滤(优选通过吸附)。因此，可以分别在第一和第二筒的处理方法中考虑到这一点。
25.在根据本发明的方法中，将排泄物运输到过滤器使用按压技术、以及可选地还使用真空技术。根据按压技术运输到过滤器的马桶在这里也被称为旋入式厕所。在后一种类型的马桶中，人的排泄物特别通过马桶的运输螺栓流向(第一)筒中的过滤器。在过滤器方向上的压力通过柱塞施加，柱塞优选地构成筒的一部分，更优选地构成第一筒的一部分。也可以选择或额外规定柱塞(也)成为马桶的一部分。然后，液体排泄物，如来自人的尿液和其他流体、以及可能的冲厕水，被携带到筒，优选为从第一筒到第二筒，并从那里去除药物物质。马桶还可以具体体现为尿液分流马桶，其中，人的粪便和尿液分别收集。因此，对于尿液分流马桶，第一筒优选放置在尿液分流马桶用于粪便的部分，第二筒优选放置在尿液分流马桶用于尿液的部分。第一筒和第二筒的更换频率可以彼此不同，特别是在尿液分流马桶的情况下。
26.本发明同样涉及一种过滤装置，尤其是用于根据本发明的方法的过滤装置。根据本发明的过滤装置包括至少一个具有过滤器的可移除筒、运输螺栓和柱塞。
27.在过滤装置的实施例中，柱塞形成筒的一部分，优选为可释放的。柱塞可以在这里通过例如位于运输螺栓的外端的联接元件可释放地联接到运输螺栓的外端。所述联接元件可以是电、磁、气动或机械联接元件。例如，联接元件可以包括电动夹持器。
28.在过滤装置的另一个实施例中，柱塞可以在运输螺栓和排泄物之间形成屏障，并且所述屏障可以是气密和/或液密屏障。所述至少一个筒还可以包括指示所述化学物质的可读代码。
29.在另一个实施例中，过滤装置包括第一可移除筒和第二可移除筒，其中，所述第一
筒配置为过滤排泄物的固体部分，而所述第二筒配置为用化学物质过滤所述排泄物的液体部分。所述第一和所述第二筒可以在这里串联连接，所述第一筒可以放置在所述第二筒的上游。所述第一筒和所述第二筒可以共同形成可移除单元，尽管也可以想到所述第一筒和所述第二筒各自形成单独的可移除单元。
30.本发明还涉及具有根据本发明的过滤装置的个体，即单独的马桶。所述马桶优选设置有专门开发的软件，所述软件与所述过滤装置(即所述第一筒和所述第二筒)通信，从而只能在其中使用原始的筒。
31.最后，本发明还涉及用于如上所述的过滤装置的个体，即单独的筒。所述筒包括外壳，所述外壳具有用于排泄物的进口、用于被过滤的液体组分的出口、以及在所述进口和所述出口之间的外壳中容纳的过滤材料。所述过滤材料可以包括至少一个筛子、至少一种吸附材料或死端膜过滤器。还可以想到上述过滤器材料的组合。
附图说明
32.本发明将根据附图中所示的图形进行进一步说明，其中：
33.图1显示了具有过滤装置的旋入式马桶的横截面。
34.图2显示了具有过滤装置的小便池的立体示意图。
35.图3显示了过滤装置的滤筒的三个实施例，其中，图3a显示了用于真空马桶的颗粒滤筒，图3b显示了吸附滤筒，图3c显示了死端膜滤筒。
36.图4显示了过滤装置的优选实施例的横截面，该过滤装置是基于用于马桶的按压技术，该马桶是基于滤筒与螺旋传送器联接或脱离情况下的真空技术。
37.图5显示了与图4相对应的视图，其中，过滤装置准备接收排泄物。
具体实施方式
38.图1显示了旋入式马桶10，即基于按压技术的具有用于排泄物的过滤装置的马桶，其中，螺旋传送器11直接安装在马桶缸12的下方。马桶缸12通过封闭件13(例如刀式闸阀或夹紧阀)或通过液体密封(未示出)连接到螺栓11。当它们离开马桶缸12时，内容物(未示出)，诸如排泄物(尿液、粪便等)、卫生纸、冲洗水或可能存在的其他材料落在螺栓11上。然后，螺栓11通过绕其螺旋轴线s旋转而将该内容物运输到过滤区。为了使螺栓11绕其螺栓轴线s旋转，设置有驱动器110，驱动器110可以是例如电驱动器。
39.过滤内容物的固体部分，例如固体排泄物、如粪便，通过过滤筐140进行，其优选地形成第一筒14的一部分。为了保持过滤器140上的压力，使用了用柱塞141(如压载弹簧)来保持压力的压力区。该柱塞141位于螺钉11的出料端，并沿与螺旋传送器11相反的方向作业。以更大的压力压在柱塞141上的该内容物的固体部分，将开始填充第一筒14的收集部分142。然后，位于收集部分142中的是储存在那里的固体部分(如粪便、卫生纸和其他固体材料)。然后，剩余的液体部分通过(蠕动)泵15或使用真空技术(未示出)沿着第二筒16被携带，其中的化学物质如药物物质从中被移除。可排放的水残留下来，并且可以通过出水端17排出，排放到例如下水道或储罐(未显示)，或者可以重复使用(未显示)
40.马桶10可选择地在马桶缸12中设置用于液体排泄物组分(如尿液)的收集元件120。因为其不包括诸如粪便的固体部分，液体组分可以通过连接元件120直接携带到第二
筒16。例如，可以为此目的设置运输导管1200。马桶缸12还可以包括冲洗机构(未示出)，其中的冲厕水可以被携带到马桶缸12中，例如在附着到马桶缸12的l形法兰121下面，以便冲厕水不会向上溅向马桶10的使用者。
41.图2显示了设置有第二筒21的小便池20，第二筒21用于过滤液体组分，如尿液和可能的冲厕水。液体组分沉积在小便池20的进料端22中，该组分通过进料管道23从进料端22进入缓冲罐24，并在缓冲罐24里暂时储存。缓冲槽罐通过例如(蠕动)泵26或真空技术(未示出)以可控的流量将该组分分配给过滤器导管25。液体组分因此以可控的流量通过所示的第二筒21，在第二筒21中获得可能的化学物质，如药物(残留)物质。通过第二筒21从液体组分过滤和/或吸附化学物质后，可排放的水残留下来，可通过出料导管27排出或再利用。
42.很明显，上述马桶并不限于上述实施例。例如，在旋入式马桶和小便池中，蠕动泵都可以被真空技术取代。马桶缸12，22也可以被真空系统取代，其中，对于旋入式马桶，螺钉11和筒14被基于真空技术的颗粒过滤装置取代。
43.图3显示了用于过滤装置的筒的三个实施例。图3a显示了基于颗粒过滤的实施例，图3b显示了基于吸附柱的实施例，图3c显示了基于死端膜过滤的实施例。下面将进一步说明这些实施例。需要注意的是，下面描述的筒的形式和结构不限于所示的实施例，并且三个实施例的组合也是可能的。
44.图3a显示了第一滤筒30。该第一筒30特别是基于颗粒过滤、即筛分的滤筒30。这包括进口31，待过滤材料(未示出)，例如排泄物和可能的个人卫生材料(如卫生纸等)、可能的冲厕水等，通过进口31被携带到滤筒30中。材料通过过滤筐32中的进口31进入，在那里固体颗粒被过滤筐32的结构从材料中过滤/阻挡。过滤后残留的材料可能具有的液体部分可以从滤筒30并通过出口33排出，再使用或携带到联接到出口33的后续过滤器30、40、50，例如如图3b和图3c所示的过滤器40、50。过滤筐32可以被配置为过滤具有预设颗粒直径的颗粒。可以为特定的应用选择颗粒直径。还可以想到的是，过滤筐32部分或全部由一个或多个膜(未显示)组成，其中，物质可以例如在分子水平上进行过滤。滤筒30优选地用于真空马桶中。滤筒30优选地配置为可以从用于更换的马桶中移除。滤筒30可以采用(部分)可重复使用、(部分)可生物降解和/或(部分)一次性形式。
45.图3b显示了第二滤筒40。该滤筒40特别是基于吸附的滤筒40。这包括进口41，通过进口41被过滤的材料(未示出)，例如排泄物，被携带到滤筒40中。滤筒40优选地包括多个隔室42a-d，它们由吸附材料43a-c相互分离。吸附材料43a-c可以彼此相同，也可以彼此不同。当吸附材料43a-c彼此不同时，可以从每个隔间42a-d中的待过滤材料中例如过滤出不同的化学物质(未示出)。吸附材料43可以是例如活性碳。进口41优选地首先将待过滤材料携带到下隔室42d，即离从进口41进入过滤装置的一侧移除过滤装置40最远的隔室。通过施加在待过滤材料上的压力或真空，待过滤材料从隔室42d上升到隔室42c，然后从那里上升到隔室42b，以此类推，再上升到上隔室42a。在此过程中，待过滤材料至少通过吸附的方式被每个吸附材料43a-c过滤。吸附材料43a-c还可以另外包括颗粒过滤功能，从而使从待过滤材料中提取的固体颗粒留在确定的隔室42a-d中。优选地，布置在上部隔室42a中的是烛形过滤器44，烛形过滤器44从待过滤材料中过滤出固体组分。烛形过滤器44还确保吸附材料43a-c不流出滤筒40。通过施加在待过滤材料上的压力或真空，待过滤材料再次通过烛形过滤器44携带。布置在烛形过滤器44中的是滤筒40的出口45，通过其被吸附材料43a-c和烛形
过滤器44过滤的液体组分被排出或重复使用。滤筒40优选地配置为可以从更换的马桶中移除。滤筒40可以采用(部分)可重复使用、(部分)可生物降解和/或(部分)一次性形式。
46.图3c显示了第三滤筒50。该滤筒50特别是基于死端膜过滤的滤筒50。在死端膜过滤中，待过滤材料通过施加在其上的压力或真空强制通过基本垂直的膜。根据膜的结构，将待过滤材料中过滤出大于膜网格宽度的分子/粒子。滤筒50包括进口51，待过滤材料，如液体排泄物(例如尿液)通过进口51(未示出)被携带到滤筒50中。进口51进入膜过滤器52，如uf/nf(“超过滤/纳米过滤”，“ultra-filtration/nano-filtration”)圆柱。待过滤材料通过施加在其上的压力或真空被强制通过膜过滤器52。膜过滤器52优选地在过滤材料之前填充水。因此，膜过滤器52优选地包括排气元件53，其被配置为排放可存在于滤筒50中的气体(如空气)。当待过滤材料通过膜过滤器52时，留下的主要是水，可以通过滤筒50的出口54排出或重复使用。滤筒50优选地配置为可以从用于更换的马桶中移除。滤筒50可以采用(部分)可重复使用、(部分)可生物降解和/或(部分)一次性形式。
47.图4显示了用于基于真空技术的马桶的基于按压技术的过滤装置100的优选实施例。马桶通过进口101联接过滤装置100，其将马桶连接到接收室102。真空室103连接到接收室102，用于在接收室102中创造负压。真空室103可以由多个部分组成，例如多个连接的或单独的真空室。真空室103优选地连接到真空泵。当马桶被冲洗时，排泄物通过在接收室102中创造的负压经过处理进口101运输到接收室102。
48.参照图4，可释放的筒104与接收室102相邻。筒104包括一个柱塞头105，其因此与过滤装置100中的筒104放置在一起。当放置时，柱塞头105紧邻接收室102。这意味着柱塞头105远离筒104的内部空间的一侧在这里直接与接收室102的内部空间相邻。接收室102的内部空间的横截面形式优选与筒104的内部空间的横截面形式基本相同。这两种横截面形式最好都是圆形的。柱塞105的横截面形式与横截面形式相对应，使得柱塞105能够在接收室102和筒104之间移动，而柱塞105的外围边缘分别与接收室102和筒104的内壁保持接触。柱塞105的外围边缘优选地设置有弹性材料，如橡胶，因此柱塞105在柱塞105的一侧和另一侧的空间之间形成气密和/或液密屏障。
49.筒104放置在过滤装置100中后，可以投入使用。为此，过滤装置100包括运输螺栓106和筒104，运输螺栓106能够沿接收空间102的纵向方向移动。运输螺栓106处包括在其外端的夹持器107，夹持器107被配置为接合在筒104的柱塞105上。在被夹持器107接合之后，柱塞105可以从筒104中通过例如柱塞105相对于筒104的螺旋运动或断裂运动释放出来。柱塞105优选包括用于容纳架持器107的凹槽1050。夹持器107优选地包括夹持元件，夹持元件可以从夹持器107向外延伸，并能够与柱塞105的凹槽1050接触。
50.在放置筒104后，运输螺栓106沿筒104的方向移动，以便夹持器107可以从筒104中移除柱塞105。然后，运输螺栓106向相反的方向移动，远离筒104。当柱塞105从筒104中被移除时，接收室102和筒104的内部空间形成了连接空间。在过滤装置100的接收状态中，设备100准备接收并处理排泄物，柱塞105被运输螺栓106一直定位在接收室102的顶部，从而使进口101和真空室103与连接空间接触(图5)。这个位置可以通过传感器或开关检测，之后可以释放马桶供使用。
51.当过滤装置100处于接收状态，马桶可以被冲洗，其中，真空室103设置有接收室102和筒104，用于将排泄物抽吸到接收室102和筒104。在冲洗之后，运输螺栓106奖柱塞105
朝向筒104和位于其中的过滤器(在这里未示出)移动。柱塞105在过滤器方向对排泄物施加压力。如上所述，过滤器可以包括两个部分，例如用于过滤排泄物的固体组分的第一过滤器(可选由第一筒形成)、和用于过滤排泄物的液体组分的第二过滤器(可选由第二筒形成)。
52.当马桶的使用完成后，或当筒104达到其排泄物和/或过滤的最大容量时，筒104通过柱塞105关闭，运输螺栓106与柱塞105脱离。然后，筒104可以与柱塞105一起从过滤装置100移除，然后作为筒104的盖。
53.在图4中的过滤装置100的优选实施例中，过滤装置100垂直放置。由于使用了真空技术，过滤装置100的方向当然是可变的。还可以提供过滤装置100的一个实施例，其中，使用的过滤装置100不是由真空技术制成的。例如，排泄物可以在这里通过重力或本领域技术人员已知的其他技术被运输到接收室102。
54.在所示的实施例中，出口108设置在筒104的底侧，即筒104的远离接收室102的一侧。排泄物的液体组分经筒104过滤后，可通过出口108离开过滤装置100。例如，出口108可以联接到下水道或第二筒，用于进一步过滤液体组分。否则，出口108也可以放置在筒104的其他地方。
55.如图4和图5所示的过滤装置100可以广泛应用于不同形式的排泄物。在这里可以是粪便、尿液、以及呕吐物之类的东西。
56.应当注意的是，上述附图仅显示示例性实施例，不能解释为对附带的权利要求的保护范围的限制。因此，这里显示的不同组件可以单独应用，也可以在这里显示的组件以外的组件中应用。权利要求必须被解释为独立的，其中这种描述只是作为说明。