本發(fā)明涉及一種載人航天器尿液高效回用處理方法。

背景技術(shù)：

載人航天器傳統(tǒng)重尿液廢水富含高濃度氨氮和一定的有機(jī)物和磷酸鹽，在密閉受控系統(tǒng)中，尿液廢水需高效處理并最大程度回用，實(shí)現(xiàn)水資源和n類物質(zhì)回用，以保障飛行器的長(zhǎng)期高效運(yùn)轉(zhuǎn)，以及確保航天員日常代謝。

目前，國(guó)際空間站及大部分飛行器均采用物化方法，如濕式高溫催化氧化、蒸餾冷凝等方法對(duì)尿液廢水進(jìn)行處理及回用，但物化方法處理負(fù)荷低、單位能耗高，在短期飛行任務(wù)中可行，但對(duì)于長(zhǎng)期太空作業(yè)的載人航天器，如深空駐留系統(tǒng)，能耗問題限制物化方法的應(yīng)用。實(shí)際尿液廢水中以高濃度氨氮、有機(jī)物為主和部分磷酸鹽為主，其濃度分別為nh4⁺-n：200—1000mg/l，cod：3200—5100mg/l?；谀蛞簭U水的組分分析，在理論上生物法完全可以滿足對(duì)尿液廢水的處理及回用，且與物化法相比，生物法能耗低，滿足長(zhǎng)期運(yùn)行需求。

傳統(tǒng)的微生物脫氮降解工藝主要包括兩段，第一段為氨氮在硝化菌作用下轉(zhuǎn)化為硝氮；第二段硝氮在反硝化細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)猓罱K實(shí)現(xiàn)尿液廢水脫氮。但該工藝的硝化段需通過大量曝氣，使反應(yīng)體系do保持在較高水平；其次在反硝化段在碳源不足情況下，還需外加碳源，才能實(shí)現(xiàn)高效反硝化脫氮。與之相比，短程硝化/厭氧氨氧化脫氮工藝首先通過氨氧化細(xì)菌(ammonia-oxidizingbacteria，aob)將部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，隨后剩余的氨氮和亞硝態(tài)氮被厭氧氨氧化菌轉(zhuǎn)化為氮?dú)舛鴮?shí)現(xiàn)對(duì)氮素的去除。該工藝是一種簡(jiǎn)捷的脫氮途徑，具有不消耗有機(jī)碳源、降低曝氣量等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)脫氮工藝，運(yùn)行能耗可節(jié)約90％左右。另外，短程硝化和厭氧氨氧化過程涉及的aaob菌與nammox菌均屬于自養(yǎng)菌，世代周期較長(zhǎng)，可大幅減少剩余污泥的排放，緩解載人航天器密閉空間負(fù)擔(dān)。

因此，根據(jù)尿液廢水水質(zhì)特點(diǎn)，以及生物短程硝化/厭氧氨氧化工藝的能耗低、投藥少、剩余污泥產(chǎn)量少的優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明提出一種以短程硝化/厭氧氨氧化為核心的尿液處理及回用工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可通過水解酸化對(duì)大分子有機(jī)物和尿素在腺酶的酶促反應(yīng)作用下發(fā)生高效水解，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃尿液廢水的轉(zhuǎn)化，有效提高尿液廢水可生化降解性，并且能耗低，處理效果好的載人航天器尿液高效回用處理方法。

本發(fā)明的載人航天器尿液高效回用處理方法，其包括以下步驟：

a、將尿液收集到容器中；

b、對(duì)容器中的尿液進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)容器中尿液的液位高于尿液攪拌設(shè)定位置時(shí)，開始對(duì)容器中的尿液進(jìn)行攪拌，當(dāng)尿液的液位低于尿液攪拌設(shè)定位置時(shí)，停止對(duì)容器中的尿液進(jìn)行攪拌；

c、隨著流入容器中尿液的不斷增加，容器中尿液的液位繼續(xù)升高至尿液攪拌設(shè)定位置的上方，達(dá)到尿液輸出設(shè)定位置時(shí)，開始將容器中尿液輸送至厭氧生物流化床abfb內(nèi)利用厭氧微生物進(jìn)行處理，將尿液中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮，并去除尿液中的cod；

d、將經(jīng)過厭氧生物流化床abfb處理過的尿液以自流的方式引流進(jìn)入一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan，控制一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan內(nèi)的do在1-2mg/l，讓尿液中的部分氨氮在氨氧化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，并利用厭氧氨氧化菌將廢水中亞硝酸鹽氮和剩余氨氮一起轉(zhuǎn)化為氮?dú)獠⒒厥?，以補(bǔ)充載人飛行器密閉空間中的氮?dú)猓?/p>

e、將一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan內(nèi)的部分污泥混合液回流至厭氧流化床內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)污泥的減量化，同時(shí)通過亞硝酸鹽與有機(jī)物的短程反硝化，以提高整個(gè)系統(tǒng)的脫氮效果；

f、將經(jīng)過一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan處理過的尿液以自流的方式引流進(jìn)入好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr，好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr通過壓縮空氣罐或純氧氣瓶輸入空氣或氧氣，讓尿液中的殘留的有機(jī)物最大程度礦化，殘留氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮，得到滿足植物營(yíng)養(yǎng)液回用液體；

g、將好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr內(nèi)的部分污泥混合液回流至厭氧流化床內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)污泥的減量化，提高整個(gè)系統(tǒng)的脫氮效果；

h、將步驟f得到的滿足植物營(yíng)養(yǎng)液回用液體儲(chǔ)存在出水箱中，備用。

進(jìn)一步地，所述厭氧生物流化床abfb內(nèi)的微生物為水解酸化菌和/或梭菌屬和/或芽孢桿菌屬和/或乳酸菌屬，一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan內(nèi)的微生物為氨氧化細(xì)菌(ammonia-oxidizingbacteria，aob)和厭氧氨氧化菌(anammox)。

進(jìn)一步地，所述厭氧生物流化床abfb內(nèi)的底部沿水平方向鋪設(shè)有內(nèi)循環(huán)水分布管，內(nèi)循環(huán)水分布管的進(jìn)水口與串聯(lián)有內(nèi)循環(huán)水泵的管路的出水口相連，串聯(lián)有內(nèi)循環(huán)水泵的管路的進(jìn)水口與厭氧生物流化床abfb的內(nèi)腔相連；厭氧生物流化床abfb內(nèi)沿豎直方向設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流板，厭氧生物流化床abfb的頂部設(shè)有廢氣排放口，廢氣排放口通過串聯(lián)有截門的管路與廢氣收集系統(tǒng)的進(jìn)氣口相連。

進(jìn)一步地，所述一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan內(nèi)的底部沿水平方向鋪設(shè)有暴氣分布管，暴氣分布管的進(jìn)氣口通過串聯(lián)有氣體流量計(jì)的管路與充有空氣或氧氣的氣罐相連；一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan的頂部設(shè)有廢氣排放口，廢氣排放口通過串聯(lián)有截門的管路與廢氣收集系統(tǒng)的進(jìn)氣口相連；

所述好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr內(nèi)的底部沿水平方向鋪設(shè)有暴氣分布管，暴氣分布管的進(jìn)氣口通過管路與充有空氣或氧氣的氣罐相連；好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr內(nèi)沿豎直方向設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流板。

進(jìn)一步地，所述容器中的尿液通過串聯(lián)有水泵的管路輸送至厭氧生物流化床abfb內(nèi)。

本發(fā)明的載人航天器尿液高效回用處理方法，具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：

(1)高效性。本發(fā)明的厭氧段可通過水解酸化對(duì)大分子有機(jī)物和尿素在腺酶的酶促反應(yīng)作用下發(fā)生高效水解，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃尿液廢水的轉(zhuǎn)化，有效提高尿液廢水可生化降解性。

(2)低耗性。本發(fā)明采用了短程硝化/厭氧氨氧化的方法進(jìn)行脫氮，該方法曝氣強(qiáng)度低、污泥生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、不需外加碳源，在自養(yǎng)微生物的作用下，實(shí)現(xiàn)微生物脫氮，與其他物化法和傳統(tǒng)生物脫氮法相比，本發(fā)明能耗較低。

(3)可靠性。本發(fā)明在最后采用了好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器作為整個(gè)工藝的保障單元，對(duì)前段未能徹底去除的有機(jī)物和氨氮在本單元進(jìn)行徹底去除和轉(zhuǎn)換，保障了工藝出水對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)需求的滿足性。

因此，本發(fā)明的載人航天器尿液高效回用處理方法具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如后。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

基于物化法和傳統(tǒng)生物法對(duì)尿液廢水處理的弊端，以及這些方法與長(zhǎng)期載人航天器尿液廢水處理需求的不匹配性，本發(fā)明提出了一種高效低耗的以厭氧氨氧化為核心的多級(jí)生物處理工藝，主要采用前段厭氧水解，將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為以氨氮為主無(wú)機(jī)氮，并去除大部分cod；中段采用短程硝化/厭氧氨氧化，將部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，隨后使殘留氨氮與亞硝氮反應(yīng)，產(chǎn)生氮?dú)?，完成脫氮；后段采用好氧單元，?duì)殘留的有機(jī)物徹底礦化去除，對(duì)殘留的氨氮徹底轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，處理后作為載人航天器植物艙植物營(yíng)養(yǎng)液回用，實(shí)現(xiàn)尿液廢水回用。

本發(fā)明的載人航天器尿液高效回用處理方法，其包括以下步驟：

a、將尿液收集到容器中；

b、對(duì)容器中的尿液進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)容器中尿液的液位高于尿液攪拌設(shè)定位置時(shí)，開始對(duì)容器中的尿液進(jìn)行攪拌，當(dāng)尿液的液位低于尿液攪拌設(shè)定位置時(shí)，停止對(duì)容器中的尿液進(jìn)行攪拌；

c、隨著流入容器中尿液的不斷增加，容器中尿液的液位繼續(xù)升高至尿液攪拌設(shè)定位置的上方，達(dá)到尿液輸出設(shè)定位置時(shí)，開始將容器中尿液輸送至厭氧生物流化床abfb內(nèi)利用厭氧微生物進(jìn)行處理，將尿液中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮，并去除尿液中的cod；

d、將經(jīng)過厭氧生物流化床(abfb,anaerobicbiologicalfluidizedbed)處理過的尿液以自流的方式引流進(jìn)入一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan，控制一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan中的do在1-2mg/l，讓尿液中的部分氨氮在氨氧化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，并利用厭氧氨氧化菌將廢水中亞硝酸鹽氮和剩余氨氮一起轉(zhuǎn)化為氮?dú)獠⒒厥?，以補(bǔ)充載人飛行器密閉空間中的氮?dú)猓?/p>

e、將一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan內(nèi)的部分污泥混合液回流至厭氧流化床內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)污泥的減量化，同時(shí)通過亞硝酸鹽與有機(jī)物的短程反硝化，以提高整個(gè)系統(tǒng)的脫氮效果；

f、將經(jīng)過一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器(ahan,sharon-anammox)處理過的尿液以自流的方式引流進(jìn)入好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr，好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr通過壓縮空氣罐或純氧氣瓶輸入空氣或氧氣，讓尿液中的殘留的有機(jī)物最大程度礦化，殘留氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮，得到滿足植物營(yíng)養(yǎng)液回用液體；

g、將好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器(ambr,aeratedmembranebiologicalreactor)內(nèi)的部分污泥混合液回流至厭氧流化床內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)污泥的減量化，提高整個(gè)系統(tǒng)的脫氮效果；

h、將步驟f得到的滿足植物營(yíng)養(yǎng)液回用液體儲(chǔ)存在出水箱中，備用。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述厭氧生物流化床abfb內(nèi)的微生物為水解酸化菌和/或梭菌屬和/或芽孢桿菌屬和/或乳酸菌屬，一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan內(nèi)的微生物為氨氧化細(xì)菌(ammonia-oxidizingbacteria，aob)和厭氧氨氧化菌(anammox)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述厭氧生物流化床abfb內(nèi)的底部沿水平方向鋪設(shè)有內(nèi)循環(huán)水分布管，內(nèi)循環(huán)水分布管的進(jìn)水口與串聯(lián)有內(nèi)循環(huán)水泵的管路的出水口相連，串聯(lián)有內(nèi)循環(huán)水泵的管路的進(jìn)水口與厭氧生物流化床abfb的內(nèi)腔相連；厭氧生物流化床abfb內(nèi)沿豎直方向設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流板，厭氧生物流化床abfb的頂部設(shè)有廢氣排放口，廢氣排放口通過串聯(lián)有截門的管路與廢氣收集系統(tǒng)的進(jìn)氣口相連。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan內(nèi)的底部沿水平方向鋪設(shè)有暴氣分布管，暴氣分布管的進(jìn)氣口通過串聯(lián)有氣體流量計(jì)的管路與充有空氣或氧氣的氣罐相連；一體化亞硝化/氨氧化反應(yīng)器ahan的頂部設(shè)有廢氣排放口，廢氣排放口通過串聯(lián)有截門的管路與廢氣收集系統(tǒng)的進(jìn)氣口相連；

所述好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr內(nèi)的底部沿水平方向鋪設(shè)有暴氣分布管，暴氣分布管的進(jìn)氣口通過管路與充有空氣或氧氣的氣罐相連；好氧負(fù)載型膜生物反應(yīng)器ambr內(nèi)沿豎直方向設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流板。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述容器中的尿液通過串聯(lián)有水泵的管路輸送至厭氧生物流化床abfb內(nèi)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。