一種以模擬月壤為填料的快速制生物氮?dú)獾难b置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及外星基地生命保障系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬月壤為填料反應(yīng)器快速啟動(dòng)制生物氮?dú)獾难b置。
【背景技術(shù)】
[0002]1969年美國實(shí)現(xiàn)首次載人登月以來，共實(shí)現(xiàn)6次載人登月，前蘇聯(lián)也實(shí)現(xiàn)3次無人登月，共采回月球巖石和月壤樣品381.7kg。近年來，美國已開始“重返月球”計(jì)劃，中國、日本、印度等國已紛紛開展探月活動(dòng)及相關(guān)研宄，掀起了新一輪的探月高潮，以前采集的月壤樣品已根本無法滿足各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研宄對樣品的數(shù)量需求。因此采用地球礦物研制模擬月壤具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在美國，模擬月壤的研宄與制備被視為開展月表環(huán)境模擬的關(guān)鍵技術(shù)之一，國外關(guān)于月球資源利用和工程研宄項(xiàng)目一般都采用模擬月壤來代替，提出新的分析測試方法和研宄項(xiàng)目也都需要用模擬月壤來進(jìn)行。迄今，美國已研制出JSC-1、MLS-1，日本已研制出MKS-1，F(xiàn)JS-1，中國已研制出CAS-1等模擬月壤，報(bào)道結(jié)果表明:這些模擬月壤的主要性能與Apollo 14采集樣品的性能比較接近。
[0003]月球探測之所以重要，引起各世界大國的重視，是因?yàn)?月球是開展天體物理學(xué)、引力波、中微子等現(xiàn)代科學(xué)問題研宄的理想場所；更重要的是月球上貯藏著豐富的礦產(chǎn)資源，如氦-3是清潔的理想核聚變物質(zhì)，將有效解決人類未來的能源問題，另外，對提升綜合國力與軍事戰(zhàn)略實(shí)力、促進(jìn)科技創(chuàng)新與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展均有重要作用。上個(gè)世紀(jì)60年代的美國和前蘇聯(lián)關(guān)于月球探測展開競賽時(shí)，許多的科學(xué)家都樂觀地認(rèn)為人類將很快征服月球，并在那里建立基地；然而時(shí)間過去快半個(gè)世紀(jì)，關(guān)于月球基地的建立存在很多美妙的設(shè)想，但由于存在許多的技術(shù)上的障礙，月球基地的建立仍然是一個(gè)“夢想”。盡管如此，世界各國最近這新一波的“重返月球”的月球探測熱潮，均計(jì)劃在未來20-30年左右開展“載人登月”與“月球基地建設(shè)”。
[0004]我國今后進(jìn)一步開展載人登月、建立月球基地，迫切需要航天員生命保障技術(shù)，包括:大氣管理、水管理、食物的生產(chǎn)和存儲(chǔ)、廢物與廢水管理及處理、以及航天員的安全和保護(hù)等5個(gè)方面，成為我國相關(guān)科技工作者今后迫切需要重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)。其中，月球基地模擬空氣的研宄(礦物制氧氣、微生物制氮?dú)?、航天員排泄物的處理特別是尿液的處理(氨氮與硝氮的處理及以及水的制取)成為十分重要的課題，值得大力開展預(yù)先研宄(月球基地建設(shè)方案中，有地球生物-包括人、植物、微生物-移居的設(shè)想，所以本項(xiàng)目采用微生物制取氮?dú)馐欠浅１匾摹?。
[0005]為此，本實(shí)用新型本著將來月球基地建設(shè)需要就地取材、簡便易行的要求，提出以模擬月壤為載體，開展生物膜厭氧氨氧化制取氮?dú)獾难绣?，對月球基地厭氧生物制取氮?dú)饧昂教靻T尿液處理技術(shù)的研宄具有重要的科學(xué)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。作為生物膜載體之一的模擬月壤具有截留微生物性能好、比表面積大的優(yōu)點(diǎn)，加入模擬月壤的填料可以縮短厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間，加入模擬月壤填料作為生物膜載體，開展生物脫氮制取氮?dú)庋绣尘哂兄匾膶?shí)際意義，可用于將來探月工程的實(shí)際需要。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)的以模擬月壤為生物膜載體，可開展微生物制取氮?dú)獾难b置。對月球基地的生物制取氮?dú)饧昂教靻T尿液處理技術(shù)的研宄具有重要的科學(xué)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。作為生物膜載體之一的模擬月壤具有截留微生物性能好、比表面積大的優(yōu)點(diǎn)，開展生物脫氮制取氮?dú)庋绣尘哂兄匾膶?shí)際意義，可用于將來探月工程的實(shí)際需要。
[0007]為達(dá)到上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案:
[0008]一種以模擬月壤為填料的快速制生物氮?dú)獾难b置，其包括生物膜厭氧氨氧化反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括三相分離器和反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)填有模擬月壤顆粒作，所述三相分離器位于反應(yīng)區(qū)上方，反應(yīng)區(qū)與恒溫循環(huán)水浴鍋連接實(shí)現(xiàn)恒溫控制。
[0009]進(jìn)一步的，所述裝置還包括進(jìn)水池和出水池，三相分離器的上部通過出水管與出水池連接，反應(yīng)器底部通過進(jìn)水管與進(jìn)水池連接，進(jìn)水管還設(shè)有蠕動(dòng)泵。
[0010]進(jìn)一步的，所述三相分離器的頂部通過排氣管排出氣體。
[0011]進(jìn)一步的，三相分離器頂部的排氣管伸入氣體緩沖瓶底部。
[0012]進(jìn)一步的，所述反應(yīng)器密閉遮光。
[0013]上述裝置的使用方法:選取模擬月壤顆粒作為反應(yīng)器中反應(yīng)區(qū)的填料，三相分離器位于反應(yīng)區(qū)上方，將硝化污泥與少量的厭氧污泥進(jìn)行混合接種，加入反應(yīng)器中，硝化污泥與厭氧污泥的質(zhì)量比為8:1-10:1，再加入所述模擬月壤顆粒；采用恒溫循環(huán)水浴加熱控制反應(yīng)區(qū)溫度為30 士 1°C ;在反應(yīng)器密閉遮光的條件下采取連續(xù)進(jìn)水方式，廢水通過蠕動(dòng)泵將廢水從反應(yīng)器底部泵入，將廢水與反應(yīng)區(qū)中的污泥、模擬月壤充分混合反應(yīng)，然后通過三相分離器進(jìn)行固、液、氣三相分離，出水從生物膜厭氧氨氧化反應(yīng)器的溢流堰流出，氣體從生物膜厭氧氨氧化反應(yīng)器頂部的排氣管排出。
[0014]進(jìn)一步實(shí)施地，以我國玄武巖質(zhì)礦渣為初始物質(zhì)，該礦物成份主要為橄欖石和輝石，還有部分長石和鈦鐵礦；密度為2-2.75;抗剪性能方面，其平均內(nèi)摩擦角0=33.3° ;粒徑大小為2-4_，通過研磨粉碎制，然后將研磨粉碎后的模擬月壤通過孔徑為2-4_的粒徑篩，得到所用的模擬月壤。
[0015]進(jìn)一步實(shí)施地，所述填料與污泥均勻接種，模擬月壤的填料投加量占反應(yīng)器體積的20%-30%，污泥投加量為反應(yīng)器有效容積的50%-60%。
[0016]進(jìn)一步實(shí)施地，先將水力停留時(shí)間(HRT)設(shè)置為5.7-7.lh，廢水pH 7.0-7.6，模擬廢水氨氮和亞硝氮濃度比控制在1.1-1.3。開始時(shí)氨氮的濃度為200±20 mg/L，亞硝態(tài)氮的濃度為260±30 mg/L，通過加大硫酸銨和亞硝酸鈉的質(zhì)量來提高氨氮和亞硝態(tài)氮濃度，時(shí)間間隔是15d，硫酸銨和亞硝酸鈉的添加量根據(jù)氨氮和亞硝態(tài)氮的濃度變化而調(diào)整，氨氮和亞硝態(tài)濃度每隔15d提高30-40mg/L，不斷提高總氮負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)以模擬月壤為填料制取生物氮?dú)狻?br>[0017]進(jìn)一步實(shí)施地，為防止光能自養(yǎng)微生物繁殖，反應(yīng)器需要用黑布遮光。采用人工合成配水基質(zhì)，另外還需要添加礦質(zhì)元素。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)氨氮的濃度為200±20 mg/L，亞硝態(tài)氮的濃度為 260±30 mg/L ο 礦質(zhì)元素為:NaHCO3 (lg/L)，MgS04 (0.3g/L), CaCl2 (0.18g/L)，KH2PO4 (0.03g/L)，微量元素 I 包括:EDTA (5g/L)，F(xiàn)eSO4 (5g/L)，微量元素 II (g/L)包括 -ZnSO4.7H20 0.430，CuSO4.5H20 0.250，MnCl2.4H20 0.990，NiCl2.6H20 0.190，CoCl2.6 H2O 0.24，H3BO4 0.014 和 NaMoO4.2H20 0.22 ；
[0018]接種污泥為硝化污泥和部分厭氧污泥，其接種量分別為硝化污泥約為17g VSS和厭氧污泥約為1.8g VSSo污泥投加量為