拔风微冲卫生排污方法、装置和系统

本发明涉及环境卫生的，具体涉及拔风微冲卫生排污方法、装置和系统。

背景技术：

1、环境卫生系统是为居民提供生活卫生排放条件并对其自身及排放过程的负面环境影响进行控制的技术系统。粪尿和厨余垃圾既是卫生排放的主要对象，也集中了生活排放中90%以上的常规污染性物质。对这两种卫生废物的源头排放方式，尤其是厕所的形制，决定了环境卫生系统的技术模式，并对环境卫生系统的服务性能和经济性产生影响。

2、水冲卫生排污是现代化生活卫生的基本配置，其具有以下基本特征：第一，便后有水清洗承污腔（便器），且须在便器内或连接便器的排污管内形成水封；第二，废水及废物即时离开室内环境，且能通过管道输送的方式在水平方向上转移至符合卫生和审美要求的地方。

3、常规水冲排污完全依赖冲洗水自身的势能（如重力势能）为承污腔冲洗、废物自承污腔向排污管的排放（通常要翻越存水弯）一级废物在排污管内的转移的过程提供动力，因此要求的冲洗水量大。经过100多年的世界性的应用与发展，常规水冲排污技术已经不具备大幅节水的空间，比如当前我国节水型坐便式卫生陶瓷的名义用水量仍然高达5升（gb6952-2015）。由此造成通过常规水冲排污收集的粪尿废水或餐厨废水不具备作为资源（比如肥料）利用的价值，只能作为生活污水进行排放且必须在排放到大自然之前进行达标处理。这一卫生排污的方式及其后续的污水与垃圾处理的经济成本和资源环境的成本都很高昂。长期以来，本领域一直在试图开发一种微水冲卫生排污的技术。所说的微水冲卫生排污是指名义用水量≤2升/次的水冲卫生排污。微水冲卫生排污的目的不仅仅是节约用水，更重要的是在满足现代化生活卫生需求的同时，获得高浓度的有机生活废液，后者可以作为肥料资源进行利用，从而消除生活污水处理的需求。（参考资料：范彬, 张玉, 李亚惠,吕明环, kinhoun r, 朱仕坤, 钱婷婷. 乡村环境卫生资源化综合治理的理论与实践. 环境保护 2021, 49(01): 24-30）。

4、利用真空抽吸管道排污的方法可以大幅降低便器等卫生排放所需要的冲洗水量，其基本特征是：便器等卫生洁具通过一个界面阀连接至真空管道排污系统，这是一个由真空泵驱动的与外界大气环境保持常态化隔绝的负压空间，通过真空泵的运行，使得该空间内能够维持低于外界大气压的环境。其对便器等卫生洁具进行排污通常需要分为三步：第一步是开启界面阀，依靠负压抽吸力将混合冲洗水和废物的废水吸入该负压空间，第二步是通过负压抽吸力驱动进入负压空间的废水向在负压空间内设置的收集容器移动，第三步是借助特殊的技术手段将负压空间内设置的收集通气内的废水重新转移至大气压环境，所说的特殊技术手段包括对负压空间进行卸压，以使内部气压与外部大气压相同，或者通过抽吸力更大的排污泵强行将负压空间内的废水转移至大气压环境。真空管道排污的主要缺点是：（1）一般而言，负压空间需要储存不高于-20kpa的真空能，因此整个负压空间要严格密封，以防泄漏，由此导致对管道本身以及连接管道内外的界面阀的特殊技术要求；（2）对真空泵的抽吸性能要求高，既要求有大的抽气通量，又要求高的最大真空度，一般要小于-80kpa。上述缺点增加了对设置和运行真空管道排污系统的技术要求和成本，不利于将其用于服务大众的市政环境卫生系统。

5、由于真空抽吸管道排污具有高度节水的优势，长期以来科研和工程技术人员都试图通过改进设计克服上述缺点。目前文献记载的改良真空管道排污技术多集中在针对特定应用场景所进行的局部适应性优化，至今没能克服真空排污方法的局限性。一些变形的设计为了规避仍在保护中的专利，甚至不惜牺牲真空排污系统的技术经济性能。《公厕粪便真空自吸装置cn 205839904 u》采用在便器之后依次连接水平排污管、垂直排污管、真空泵腔及真空泵的设计，达到只需要在便器排污时才启动真空泵并且仅依靠污水自身重力就能卸污的技术效果。按照这样的设计，在两种情况下可以取得一定的排污效果。一种是管径足够小，且真空泵的吸力足够大，使得从便器排过来的水在管道内一直保持柱塞流的状态。常规厕所排污管的管径一般都要大于这个直径要求。另一种情况是管径比较大，需要预先在水平排污管内驻留适量的水，排污时启动真空泵（自吸泵），需要先将水平排污管内的水吸入垂直排污管并形成初始的水柱，当水柱的高度超过水的表面张力时，水柱会被打断成一节一节的小水柱，同步会产生下方空气穿透上方水柱释放气泡、并在垂直管道形成一段段小水柱被小空气柱间隔的现象。在这种情况下，水柱同时扮演了阻隔上方负压空间与来自厕所方向的常压环境的真空界面阀的作用，而每次有空气泡向上穿透水柱就相当于真空阀被打开一次。当最上方的小水柱会被提升到真空泵腔内后，在垂直排污管的底部又有新的水柱和空气柱形成。如此持续运行真空泵就可以将相当于一次排污的水量全部转移到真空泵腔内。此时停止真空泵运行，真空泵腔内的负压立即消失，此时垂直排污管内的水回落至水平排污管，留待下次排污时充当初始水柱。显然在污水从便器到真空泵腔并最终离开之前，在真空泵腔内必须维持负压的状态，且水的输送转移都离不开真空吸力的作用，因此仍然属于真空排污的范畴。需要指出的是，这种设计虽然省掉通常需要设置的固定式真空界面阀，并且不需要全时维持真空空间，但是缺点也很显著。第一，真空效率低，初始需要花费电能才能形成充满整个泵腔的真空空间，而当一次排污结束时，此真空空间所储存的真空能就被无谓释放，在能量上不经济；第二，排污不彻底，每次都需再在水平管预留一部分污水，且水平管的长度不能太小，否则回流的污水有可能倒灌至便器。

6、卫生排污的技术产品，尤其是厕所，不同于一般的技术领域和生活用品，普通居民对环保性能以及后续的污水垃圾处理成本并不关注。任何新的技术产品必须具有足以跟常规水冲厕所相抗衡的卫生性能和性价比，才能为普通居民所接受。迄今为止为止，包括各种真空排污在内的技术设计都没有在这方面取得成功。

技术实现思路

1、本发明提供拔风微冲卫生排污的方法、装置和系统，旨在克服现有技术的缺陷并实现微水冲卫生排污的目标。以下在描述发明方法时所涉及的排污管路的前方和后方是指按照水流的方向，来水的方向为前，排水的方向为后。

2、所说的方法如下：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种拔风微冲卫生排污方法，其中：每个接收生活卫生废物的承污腔通过存水弯连接1个单设的符合重力排水原则的排污管路，配置所述排污管路中水力坡度≤1%的管道总长度≤30米，在所述排污管路上设置拔风旁路，并在拔风旁路之后的排污管路上设置空气止逆阀，使得前方来水可以自由地通过空气止逆阀流向后方的排污管路，并且能够有效阻止后方空气通过空气止逆阀进入前方排污管路，且所述空气止逆阀之后的排污管路内的气压始终与大气压相同，可以在下列a和b两种操控方案中任选一种进行排污：a，在拔风旁路可接通的情况下，配置在时刻t=0时向所述承污腔内注入预设q1体积的冲洗水，在t=t1时刻开始接通拔风旁路，在t=t1+t2时刻关闭拔风旁路，在t=t1+t2+t3时刻向承污腔注入预设q2体积的冲洗水，通过优化控制q1、q2、t1、t2、t3以实现预先设定的卫生废物依次通过承污腔、存水弯和重力排污管理进行排放的微水冲卫生排污效果；b，在选择不接通拔风旁路或拔风旁路因故障而不能接通时，配置在t=0时刻向承污腔加入足以通过重力冲洗的方式完成承污腔清洗和排污的冲洗水量。

4、根据本发明的另一个方面，提供了一种拔风微冲卫生排污装置，其中：包括进风罩和吸尘器电机，进风罩完全包围吸尘器电机的进风口以形成进风腔，并且所述进风罩用通气管连接在所述排污管路上，位于通气管进气口前方的排污管路通过存水弯连接承污腔，且位于通气管进气口后方的排污管路上设有可完全阻断排污管路通道的空气止逆阀，空气止逆阀包括固定在排污管路上的阀盘和通过铰链悬挂连接于所述阀盘上的阀瓣，阀瓣只能向后方打开，配置阀瓣和阀盘的接触面在常态下贴合在一起且阀瓣自身的重力完全作用于铰链之上，操作所述拔风微冲卫生排污装置的程序是：令冲水机构开始向承污腔注入预设q1体积的冲洗水的时刻为t=0，在t=t1的时刻开始运行吸尘器电机，并在t= t1+t2的时刻停止运行吸尘器电机，在t=t1+t2+t3时刻向承污腔注入预设q2体积的冲洗水。

5、作为本发明的再一个方面，还同时公开一种拔风微冲卫生排污系统，将生活卫生排放物划分为厕所废物、生活排水和生活垃圾三大类，并从排放的源头开始分别进行卫生排放和收集、处理处置与利用的作业，其中厕所废物按照所述的拔风微冲卫生排污方法或利用所述的拔风微冲卫生排污装置进行排放。

6、进一步地，将厨余垃圾从所述生活垃圾中分离，按照所述的拔风微冲卫生排污方法或利用所述的承污腔集成粉碎机的拔风微冲卫生排污装置进行排放，然后与厕所废物进行合并的收集、处理与利用。

7、根据本发明的实施例，拔风微冲卫生排污的系统是一个可完全取代现有生活卫生、污水和垃圾处理的系统，但经济成本和资源环境成本都较常规的系统有大幅降低。

8、本发明提供的拔风微冲卫生排污方法、装置和系统，实际上包含两大创新。一是卫生排污思想的创新，本发明通过限定在临近建筑物的位置设置重力管道排污的终点，消除了基于远程重力管道输送的水冲排污需求，从而大大降低了对维持管道流速的需求。虽然近程排污的设计无论是在常规重力排污还是在真空排污中都有应用，但是后两种卫生排污方法都没有将水平管道总长度刻意地限定在有限的范围，如≤30米，导致它们所建立的卫生排污方法都在某些方面提出了过高的技术要求。对于常规重力排污而言，这种过高的技术要求反映在必须用较高的冲洗水量才能在长距离管道输送时维持足够高的水流速度，以防止固体物沉淀。事实上，在常规重力排污领域也从来没有出现因存在近程排水的应用场景而刻意追求使用少量冲洗水的设计。而对真空排污而言，这种过高的技术要求反映在将管道输送的全程置于必须严格做到密封的负压空间内，进而连带着对真空泵等设施、设备及其运行提出了更高的性能与技术的要求。本发明的另一大创新在于在限定近程排污的基础上，在重力排水管路上设置拔风旁路，在拔风旁路之后设置空气止逆阀，并结合便器等卫生洁具常规性设置的存水弯，利用四者的协同作用，并通过冲洗和拔风操作的时序设置，形成在冲洗的瞬间叠加于冲洗水上的抽吸力，从而强化冲洗水的清洗、排污和管道输送的效果，达成用少量水实现水冲卫生排污的目的。除限定近程的排污思想外，上述其它三种技术元素在技术实现上都非常简单，几乎都为本领域普通技术人员所熟知，而且造价低廉。本发明通过利用它们的协同效应，却创造出前所未有的低成本、轻量化和微水冲的卫生排污效果，这种效果是任何单一技术元素或某两个或三个技术元素的组合都不能实现的，并且还要基于本发明所提出的设置与操控的方法。据本发明提供的拔风微冲卫生排污系统，利用上述拔风微冲排污方法或装置，构建了全新的生活卫生排放的系统，在经济成本和资源环境成本上都完全颠覆了基于已有水冲排污技术和真空排污所能达到的应用效果。