一种空间生保系统尿液废水处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种空间生保系统尿液废水处理装置及其方法，属于水处理技术领域。所述装置中尿液经稀释10倍以上通入硝化反应器，同时供气装置向硝化反应器供氧，废水经硝化反应器中的微生物处理后排入硝态氮废水回收器，部分回收利用，部分进入脱氮反应器，经脱氮反应器中微生物经一步处理后进入反渗透装置处理即得到处理后的水，在硝化反应器和脱氮反应器中分别设有混合装置混合微生物和废水，设有pH、溶氧和温度传感器以检测反应器中的反应条件，并通过排气阀、气体流量计、泵、自动控制阀、加热套和酸碱添加器对反应条件进行控制。所述装置和方法只需提供氧气，耗能少、处理尿液废水浓度高，可回收氮素，处理周期短，安全性高，效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空间生保系统尿液废水处理装置及方法，属于水处理

技术介绍
在空间废水处理中，由于尿液废水中的有机酸、尿素和盐的含量都很高，约占5％，以及处理过程中尿素是极易分解的非离子污染物，因此尿液废水处理是处理难度最大的。目前，世界各国处理尿液废水的方式主要为物理化学方式，主要包括蒸汽压缩蒸馏法、热电集成膜蒸发法和高级氧化法。蒸汽压缩蒸馏法(Vapor Compression Distillation，VCD)，该方法通过蒸汽压缩蒸馏装置实现，所述装置包括蒸发和冷凝两个部分，通过对蒸汽的压缩提高饱和温度，再将产生的过热冷凝传到与蒸发器相接处的金属表面，进而传递给另一侧的尿液废水，尿液废水在在温度21～35℃，压力4.8kPa的内转鼓内蒸发。蒸汽压缩蒸馏装置的核心部件是两个同轴转鼓，转鼓旋转时产生的离心力维持气液界面蒸汽经压缩机压缩，进入内、外转鼓的夹层冷凝，凝结潜热在饱和温差的驱动下，经0.089cm厚的鼓壁传至内转鼓，为等量水的蒸发提供热量。蒸汽压缩蒸馏法及其装置存在的缺陷是：所使用的蒸汽压缩蒸馏装置运动部件较多，可靠性有待提高。热电集成膜蒸发法，该方法通过热电集成膜蒸发装置实现，所述装置的核心部件是膜蒸发器和热电热泵，中空纤维膜管束维持气液界面，热泵的热端与尿加热器相连，冷端与多孔冷凝板相连。尿液被预热到65.6℃后进入蒸发器， 在膜两侧组份的蒸汽分压差作用下，水在膜的外表面蒸发，蒸汽在冷凝板冷凝，凝结潜热由热泵冷端传至热端，可回收约2/3的凝结潜热。热电集成膜蒸发法及其装置存在的缺陷是：出水水质较差，且大部分潜热都损失掉了，能耗高。高级氧化法，该方法能将尿液废水中的有机杂质和大分子彻底氧化成无害的小分子，从根本上改善出水水质。高级氧化法主要有气相催化除氨法和超临界水氧化法。气相催化除氨法(Vapor Phase Catalytic Ammonia Removal，VPCAR)是在高温下，将尿液中随着水蒸气蒸发出来的氨和挥发性碳氢化合物等杂质催化氧化成无害的气体产物。气相催化除氨法存在的缺陷是：耗氧量大和散热量大。超临界水氧化法(Supercritical Water Oxidation，SCwo)利用了水在超临界状态下可溶解有机物和部分气体的特性，在高温、高压和有催化剂的条件下，将水中有机物均相氧化成CO2，H2O和N2等无害的小分子。超临界水氧化法及其设备存在的缺陷是：安全性差、设备易腐蚀、反应器易堵塞、能耗较高和耗氧量大。生物再生式生命保障系统，是利用生物部件提供食物、水、氧气的持续供应以满足长期的空间飞行和地外星球探测飞行中航天员的需要的系统，对于生物再生式生命保障系统而言，从食物生产、气体循环、废物处理都需要采用可持续方法，在长期的飞行中，水的回收利用具有重要意义，其中尿液废水的处理是目前各个航天大国研究的热点。现有处理尿液废水的物理化学方法均需消耗一定的材料，不能有效回收利用尿液中的营养物质。-->为了解决物理化学方式处理尿液废水不能有效回收利用尿液中的营养物质、能耗高和安全性差等问题，世界各国开始利用生物法来处理尿液废水，其中，马歇尔空间飞行中心(MSFC)的尿素酶生物反应器最有代表性。使用尿素酶生物反应器处理尿液废水的整个工艺流程包含5个反应床，在尿素酶生物反 应器内，尿素酶被吸附到离子交换树脂上，尿素经尿素酶催化水解，生成CO2和NH3，以及NH4+、CO32-和HCO3-等离子产物，所述离子产物经多级离子交换介质去除。尿素酶生物反应器在环境温度下运行，处于理想的活塞流状态，性能稳定、能耗少。但是，尿素酶生物反应器存在以下缺陷：由于尿素酶的活性受碘浓度、pH值和温度的限制，需对尿液废水进行调整pH值、除碘和除盐等多项预处理，此外，尿素酶生物反应器能承受的尿素最大质量浓度低，为120～310μg/L，因此需要对欲处理的尿液废水进行高倍稀释。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中涉及的尿液废水处理方法及装置的缺陷，本专利技术的目的之一是提供一种空间生保系统尿液废水处理装置；本专利技术的目的之二是提供一种空间生保系统尿液废水处理方法；本专利技术的目的之三是提供一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化方法；本专利技术的目的之四是提供一种处理尿液废水用的微生物。本专利技术一种空间生保系统尿液废水处理装置及方法采用复合微生物技术处理尿液废水，既可以回收氮素以循环利用，如作为植物的营养物质使用，又可以在耗能较少的条件下去除尿液废水中的大部分有机物，使尿液废水经处理后的出水水质达到国家二级标准以上，有效与生物再生式生命保障系统整合。本专利技术的技术方案如下：一种空间生保系统尿液废水处理装置，所述装置包括反应系统、分析检测系统和过程控制系统；其中，反应系统包括硝化反应器、脱氮反应器、尿液储罐、供气装置、硝态氮废水回收器和反渗透装置；分析检测系统包括分析检测系统A和分析检测系统B，分析检测系统A中包括pH传感器A、溶氧传感器A 和温度传感器A，分析检测系统B中包括pH传感器B、溶氧传感器B和温度传感器B；过程控制系统包括排气阀A、排气阀B、气体流量计、泵、自动控制阀A、自动控制阀B、加热套A、加热套B、酸碱添加器A和酸碱添加器B；其中，硝化反应器内设有混合装置A，硝化反应器底部设有曝气装置，脱氮反应器内设置混合装置B。所述硝化反应器的进水口位于其上部，出水口位于其下部，硝化反应器内设置混合装置A，在硝化反应器底部设有曝气装置，硝化反应器内部安装有分析检测系统A，外部安装有加热套A，硝化反应器顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀A，硝化反应器顶部通过管路与酸碱添加A连接。所述脱氮反应器的进水口位于其上部，出水口位于其下部，脱氮反应器内设置混合装置B，脱氮反应器内部安装有分析检测系统B，外部安装有加热套B；脱氮反应器顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀B，脱氮反应器顶部通过管路与酸碱添加器B连接。硝化反应器和脱氮反应器内分别接种有微生物。尿液储罐通过管路与硝化反应器进水口连接，硝化反应器出水口通过管路与硝态氮废水回收器进水口连接，硝态氮废水回收器的一个出水口通过管路与脱氮反应器进水口连接，另一个出水口与外界连通，脱氮反应器出水口通过管路与反渗透装置进水口连接，反渗透装置出水口与外界连通，供气装置通过管路与硝化反应器底部的曝气装置连接。其中，-->尿液储罐与硝化反应器进水口连接的管路上设有泵，硝化反应器出水口与硝态氮废水回收器进水口连接的管路上设有自动控制阀A，脱氮反应器出水口与反渗透装置进水口连接的管路上设有自动控制阀B，供气装置与硝化反应器底部曝气装置连接的管路上设有气体流量计。在硝化反应器的排气阀A上设有气液分离装置A，气液分离装置A一端与 排气阀A相连，另一端与硝化反应器连通；在脱氮反应器的排气阀B上设有气液分离装置B，气液分离装置B一端与排气阀B相连，另一端与脱氮反应器连通；硝化反应器中设有压力传感器A，脱氮反应器中设有压力传感器B；混合装置A和混合装置B分别独立为搅拌反应器、流化床反应器或固定床反应器；硝化反应器和脱氮反应器中装填有生物填料。本专利技术所一种空间生保系统尿液废水处理装置的过程控制系统和分析检测系统相连，分析检测系统检测得到的数据，如pH、溶氧浓度和温度通过信号反馈给过程控制系统，使过程控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于：所述装置包括反应系统、分析检测系统和过程控制系统；其中，反应系统包括硝化反应器（１）、脱氮反应器（２）、尿液储罐（３）、供气装置（４）、硝态氮废水回收器（５）和反渗透装置（６）；分析检测系统包括分析检测系统Ａ（８）和分析检测系统Ｂ（１９），分析检测系统Ａ（８）中包括ｐＨ传感器Ａ、溶氧传感器Ａ和温度传感器Ａ，分析检测系统Ｂ（１９）中包括ｐＨ传感器Ｂ、溶氧传感器Ｂ和温度传感器Ｂ；过程控制系统包括排气阀Ａ（９）、排气阀Ｂ（２０）、气体流量计（１１）、泵（１２）、自动控制阀Ａ（１３）、自动控制阀Ｂ（２２）、加热套Ａ（１４）、加热套Ｂ（２３）、酸碱添加器Ａ（１５）和酸碱添加器Ｂ（２４）；其中，硝化反应器（１）内设有混合装置Ａ（１７），硝化反应器（１）底部设有曝气装置（１６），脱氮反应器（２）内设置混合装置Ｂ（２５）；所述硝化反应器（１）的进水口位于其上部，出水口位于其下部，硝化反应器（１）内设置混合装置Ａ（１７），在硝化反应器（１）底部设有曝气装置（１６），硝化反应器（１）内部安装有分析检测系统Ａ（８），外部安装有加热套Ａ（１４），硝化反应器（１）顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀Ａ（９），硝化反应器（１）顶部通过管路与酸碱添加器Ａ（１５）连接；所述脱氮反应器（２）的进水口位于其上部，出水口位于其下部，脱氮反应器（２）内设置混合装置Ｂ（２５），脱氮反应器（２）内部安装有分析检测系统Ｂ（１９），外部安装有加热套Ｂ（２３）；脱氮反应器（２）顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀Ｂ（２０），脱氮反应器（２）顶部通过管路与酸碱添加器Ｂ（２４）连接；硝化反应器（１）和脱氮反应器（２）内分别接种有微生物；尿液储罐（３）通过管路与硝化反应器（１）进水口连接，硝化反应器（１）出水口通过管路与硝态氮废水回收器（５）进水口连接，硝态氮废水回收器（５）　的一个出水口通过管路与脱氮反应器（２）进水口连接，另一个出水口与外界连通，脱氮反应器（２）出水口通过管路与反渗透装置（６）进水口连接，反渗透装置（６）出水口与外界连通，供气装置（４）通过管路与硝化反应器（１）底部的曝气装置（１６）连接；其中，尿液储罐（３）与硝化反应器（１）进水口连接的管路上设有泵（１２），硝化反应器（１）出水口与硝态氮废水回收器（５）进水口连接的管路上设有自动控制阀Ａ（１３），脱氮反应器（２）出水口与反渗透装置（６）进水口连接的管路上设有自动控制阀Ｂ（２２），供气装置（４）与硝化反应器（１）底部曝气装置（１６）连接的管路上设有气体流量计（１１），所述混合装置Ａ（１７）和混合装置Ｂ（２５）分别独立为搅拌反应器、流化床反应器或固定床反应器。...

【技术特征摘要】
1.一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于：所述装置包括反应系统、分析检测系统和过程控制系统；其中，反应系统包括硝化反应器(1)、脱氮反应器(2)、尿液储罐(3)、供气装置(4)、硝态氮废水回收器(5)和反渗透装置(6)；分析检测系统包括分析检测系统A(8)和分析检测系统B(19)，分析检测系统A(8)中包括pH传感器A、溶氧传感器A和温度传感器A，分析检测系统B(19)中包括pH传感器B、溶氧传感器B和温度传感器B；过程控制系统包括排气阀A(9)、排气阀B(20)、气体流量计(11)、泵(12)、自动控制阀A(13)、自动控制阀B(22)、加热套A(14)、加热套B(23)、酸碱添加器A(15)和酸碱添加器B(24)；其中，硝化反应器(1)内设有混合装置A(17)，硝化反应器(1)底部设有曝气装置(16)，脱氮反应器(2)内设置混合装置B(25)；所述硝化反应器(1)的进水口位于其上部，出水口位于其下部，硝化反应器(1)内设置混合装置A(17)，在硝化反应器(1)底部设有曝气装置(16)，硝化反应器(1)内部安装有分析检测系统A(8)，外部安装有加热套A(14)，硝化反应器(1)顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀A(9)，硝化反应器(1)顶部通过管路与酸碱添加器A(15)连接；所述脱氮反应器(2)的进水口位于其上部，出水口位于其下部，脱氮反应器(2)内设置混合装置B(25)，脱氮反应器(2)内部安装有分析检测系统B(19)，外部安装有加热套B(23)；脱氮反应器(2)顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀B(20)，脱氮反应器(2)顶部通过管路与酸碱添加器B(24)连接；硝化反应器(1)和脱氮反应器(2)内分别接种有微生物；尿液储罐(3)通过管路与硝化反应器(1)进水口连接，硝化反应器(1)出水口通过管路与硝态氮废水回收器(5)进水口连接，硝态氮废水回收器(5) 的一个出水口通过管路与脱氮反应器(2)进水口连接，另一个出水口与外界连通，脱氮反应器(2)出水口通过管路与反渗透装置(6)进水口连接，反渗透装置(6)出水口与外界连通，供气装置(4)通过管路与硝化反应器(1)底部的曝气装置(16)连接；其中，尿液储罐(3)与硝化反应器(1)进水口连接的管路上设有泵(12)，硝化反应器(1)出水口与硝态氮废水回收器(5)进水口连接的管路上设有自动控制阀A(13)，脱氮反应器(2)出水口与反渗透装置(6)进水口连接的管路上设有自动控制阀B(22)，供气装置(4)与硝化反应器(1)底部曝气装置(16)连接的管路上设有气体流量计(11)，所述混合装置A(17)和混合装置B(25)分别独立为搅拌反应器、流化床反应器或固定床反应器。2.根据权利要求1所述的一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于：在硝化反应器(1)的排气阀A(9)上设有气液分离装置A(10)，气液分离装置A(10)一端与排气阀A(9)相连，另一端与硝化反应器(1)连通；在脱氮反应器(2)的排气阀B(20)上设有气液分离装置B(21)，气液分离装置B(21)一端与排气阀B(20)相连，另一端与脱氮反应器(2)连通。3.根据权利要求1所述的一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于：硝化反应器(1)中设有压力传感器A，脱氮反应器(2)中设有压力传感器B。4.根据权利要求1所述的一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于：硝化反应器(1)中装填有生物填料；脱氮反应器(2)中装填有生物填料。5.一种空间生保系统尿液废水处理方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：(1)尿液废水经水稀释10倍以上后，泵入硝化反应器(1)中； (2)空气或氧气通过供气装置(4)进入硝化反应器(1)底部的曝气装置(16)向硝化反应器(1)内提供氧气，经硝化反应器(1)中的微生物处理后得到硝化处理后的硝态氮废水；(3)所述硝态氮废水由硝化反应器(1)排到硝态氮废水回收器(5)中，一部分硝态氮废水通过硝态氮废水回收器(5)与外界连通的出水口排出后收集以循环利用，另一部分硝态氮废水进入脱氮反应器(2)；(4)在脱氮反应器(2)中，硝态氮废水经脱氮反应器(2)中的微生物处理后得到脱氮处理后的尿液废水；(5)将脱氮处理后的尿液废水从脱氮反应器(2)中排入反渗透装置(6)进行处理后即为回收利用水；所述方法使用的装置为本发明所述的一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于：所述装置包括反应系统、分析检测系统和过程控制系统；其中，反应系统包括硝化反应器(1)、脱氮反应器(2)、尿液储罐(3)、供气装置(4)、硝态氮废水回收器(5)和反渗透装置(6)；分析检测系统包括分析检测系统A(8)和分析检测系统B(19)，分析检测系统A(8)中包括pH传感器A、溶氧传感器A和温度传感器A，分析检测系统B(19)中包括pH传感器B、溶氧传感器B...

【专利技术属性】
技术研发人员：高海军，黄旭权，朱彩云，童延斌，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11