一種基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及航天冷凝水回收利用技術領域，尤其涉及一種基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝。本發(fā)明提供一種基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝，包括以下步驟：A、冷凝水前段采用膜生物反應器+膜曝氣生物反應器（MBR+MABR）技術，在好氧的環(huán)境下，通過微生物對冷凝水中有機物和氨氮進行降解；B、前段MBR的出水進入水箱，再進入中段納濾膜進行截留，一部分納濾膜出水進入反滲透膜，對水中的剩余無機鹽和有機物進行進一步去除；C、反滲透膜的出水通過后段離子交換樹脂、聚碘消毒、礦化、紫外消毒，制成飲用水。本發(fā)明利用以生物法MBR+MABR為核心、結合納濾反滲透膜以及保障工藝的新工藝實現(xiàn)對冷凝水高效安全低能耗的再生利用。
【專利說明】
一種基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及航天冷凝水回收利用技術領域，是一種通過多級膜去除水中的污染物達到衛(wèi)生用水以及飲用用水要求的新型再生水回用技術，具體涉及的是一種MBR+MABR技術+納濾反滲透+后段深度處理技術相結合的載人航天器植物艙冷凝水高效回用技術。
【背景技術】
[0002]載人航天器植物艙冷凝水主要來源于植物艙體所種植的植物蒸騰作用產水的水蒸汽、航天員呼吸產生的水蒸汽以及艙體揮發(fā)氣體等氣體，其經(jīng)冷卻之后形成的冷凝水進行處理，處理后滿足航天員日常生活的衛(wèi)生以及飲用用水需求。
[0003]目前，美國、俄羅斯兩國的載人航天器，其冷凝水主要是通過吸附過濾、催化氧化、電滲析、離子交換等方法去除廢水中的污染物質，處理后的冷凝水可以達到相關的飲用水標準。參考俄美載人航天器中的冷凝廢水的組成與含量的測定結果，總結出冷凝廢水中主要的污染物組分與含量，其中污染物主要是一些有機醇、酸等小分子有機物以及氨氮等無機物，TOC約170mg/L，氨氮40mg/L。冷凝廢水中的醇類占很大部分，這些小分子極性有機物難以通過過濾吸附的方式去除，并且對于長期太空作業(yè)的載人航天器，補給吸附過濾的對耗材需要量要求較高。催化氧化對大分子有機物有較好的降解作用，但對于小分子有機物，存在礦化難，并且催化氧化技術對于能耗要求較高。電滲析和離子交換主要應用于水質脫鹽，對有機物去除效率低，需要結合其他幾種技術對冷凝水進行處理。
[0004]根據(jù)冷凝水的組成與含量，生物處理對其處理有較好的優(yōu)勢，傳統(tǒng)的活性污泥存在占地面積大、產泥量大等不足，而生物膜法具有流程短、占地小、出水水質優(yōu)等特點。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服上述載人航天器冷凝水處理工藝的不足，本發(fā)明提出了一種經(jīng)濟高效基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝，主要前段生物法中MBR+MABR作為核心，采用膜曝氣的方式以克服重力問題，中段NF-RO組合工藝，后段離子交換-聚碘消毒-礦化組合深度處理工藝，處理后滿足航天員日常生活的衛(wèi)生以及飲用用水，實現(xiàn)全部水再生循環(huán)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為提供一種基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝，包括以下步驟:
A、冷凝水前段采用膜生物反應器+膜曝氣生物反應器(MBR+MABR)技術，在好氧的環(huán)境下，通過微生物對冷凝水中有機物和氨氮進行降解；
B、前段MBR的出水進入水箱，再進入中段納濾膜進行截留，一部分納濾膜出水進入反滲透膜，對水中的剩余無機鹽和有機物進行進一步去除；
C、反滲透膜的出水通過后段離子交換樹脂、聚碘消毒、礦化、紫外消毒，制成飲用水。
[0007]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟B和C中反滲透膜和納濾膜產生的濃水回流至納濾膜前段的水箱，通過納濾膜再濃縮作為植物艙植物的營養(yǎng)液，實現(xiàn)全部水再生循環(huán)。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟B中納濾膜產生的水經(jīng)過紫外消毒成為衛(wèi)生用水。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述冷凝水來源于載人航天器植物艙體所種植的植物蒸騰作用產水的水蒸汽、航天員呼吸產生的水蒸汽以及艙體揮發(fā)氣體等氣體，其經(jīng)冷卻之后形成的冷凝水。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用以生物法MBR+MABR為核心、結合納濾反滲透膜以及保障工藝的新工藝實現(xiàn)對冷凝水高效安全低能耗的再生利用。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0013]如圖1所示，鑒于載人航天器冷凝水的組成和含量，有機物污染物主要以小分子有機醇、酸形式存在，無機物污染物主要氨氮特點，本發(fā)明的目的在于利用以生物法MBR+MABR為核心、結合納濾反滲透膜以及保障工藝的新工藝實現(xiàn)對冷凝水高效安全低能耗的再生利用。
[0014]本發(fā)明前段采用MBR+MABR技術，在好氧的環(huán)境下，通過微生物對冷凝水中有機物和氨氮進行降解，大部分有機物在微生物的作用下轉化成CO2，小部分有機物成為微生物的代謝產物和細胞物質，氨氮在微生物的作用下轉化成硝酸鹽氮，微生物被MBR膜阻隔。前段MBR的出水進入中段納濾膜，納濾膜能夠高效截留前段由氨氮轉化成的硝酸鹽氮等無機鹽以及殘留有機物，出水結合紫外消毒可達到航天員的衛(wèi)生用水;一部分納濾出水進入反滲透膜，反滲透膜能夠對水剩余無機鹽和有機物進行進一步去除。反滲透膜的出水，后續(xù)結合離子交換樹脂，離子交換樹脂進行氨氮的保障性去除，并進行PH的調節(jié)。聚碘消毒可對離子交換樹脂出水進行持續(xù)性消毒，保障宇航員的用水安全。礦化主要向反滲透出水提供人體所需微量元素，紫外消毒間歇式消毒處理達到飲用標準。其中反滲透膜、納濾膜的濃水回流至納濾前段，通過納濾再濃縮作為植物艙植物的營養(yǎng)液，實現(xiàn)全部水再生循環(huán)。
[0015](I)高效，前段MBR+MABR中微生物在好氧的環(huán)境下能夠對小分子有機物高效降解，能夠通過硝化反應高效的將氨氮降解轉化成硝酸鹽氮，不存在對小分子有機物礦化能力低的問題。中段NF、R0能夠高效的將水中無機鹽類和剩余有機物進行深度去除。
[0016](2)低能耗，本發(fā)明相對其他幾種冷凝水處理技術所需的能耗有較好的優(yōu)勢，如，催化氧化技術在去除有機物過程反應所需的溫度、壓力較高其存在能耗高的問題。而吸附過濾、離子交換樹脂等處理技術，其將無機鹽進行吸附和交換，對這些物質回收(如no3—、k+)較為困難，并且消耗量大。本發(fā)明后段雖然也采用離子交換技術，但用來處理反滲透膜的出水，旨在起到保障性作用，反滲透膜出水無機鹽等含量極少，所以對離子樹脂需求量很小。
[0017](3)安全，本發(fā)明MBR+MABR中的出水需要經(jīng)過納濾膜、反滲透膜、聚碘消毒樹脂、紫外消毒四重深度處理，才能供給航天員飲用，納濾膜能夠將水中的細菌、大部分細菌能夠去除，反滲透膜孔更小，結合聚碘樹脂持續(xù)性以及紫外等間歇式消毒這重重保護，能夠使航天員飲用的用水絕對安全。
[0018]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝，其特征在于，包括以下步驟: A、冷凝水前段采用膜生物反應器MBR+膜曝氣生物反應器MABR技術，在好氧的環(huán)境下，通過微生物對冷凝水中有機物和氨氮進行降解;在微重力環(huán)境下，通過采用膜曝氣的方式進行曝氣； B、前段MBR的出水進入水箱，再進入中段納濾膜進行截留，一部分納濾膜出水進入反滲透膜，對水中的剩余無機鹽和有機物進行進一步去除； C、反滲透膜的出水通過后段離子交換樹脂、聚碘消毒、礦化、紫外消毒，制成飲用水。2.根據(jù)權利要求1所述的基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝，其特征在于:所述步驟B和C中反滲透膜和納濾膜產生的濃水回流至納濾膜前段的水箱，通過納濾膜再濃縮作為植物艙植物的營養(yǎng)液，實現(xiàn)全部水再生循環(huán)。3.根據(jù)權利要求1所述的基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝，其特征在于:所述步驟B中納濾膜產生的水經(jīng)過紫外消毒成為衛(wèi)生用水。4.根據(jù)權利要求1所述的基于多級膜處理載人航天器植物艙冷凝水處理工藝，其特征在于:所述冷凝水來源于載人航天器植物艙體所種植的植物蒸騰作用產水的水蒸汽、航天員呼吸產生的水蒸汽以及艙體揮發(fā)氣體等氣體，其經(jīng)冷卻之后形成的冷凝水。
【文檔編號】C02F9/14GK105936569SQ201610483971
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】王宏杰, 董文藝, 劉宇, 盧勛, 邢丁予
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院