一种以模拟月壤为填料的快速制生物氮气的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及外星基地生命保障系统的技术领域，具体涉及一种模拟月壤为填料反应器快速启动制生物氮气的装置。
【背景技术】
[0002]1969年美国实现首次载人登月以来，共实现6次载人登月，前苏联也实现3次无人登月，共采回月球岩石和月壤样品381.7kg。近年来，美国已开始“重返月球”计划，中国、日本、印度等国已纷纷开展探月活动及相关研宄，掀起了新一轮的探月高潮，以前采集的月壤样品已根本无法满足各项实验研宄对样品的数量需求。因此采用地球矿物研制模拟月壤具有重要的现实意义。在美国，模拟月壤的研宄与制备被视为开展月表环境模拟的关键技术之一，国外关于月球资源利用和工程研宄项目一般都采用模拟月壤来代替，提出新的分析测试方法和研宄项目也都需要用模拟月壤来进行。迄今，美国已研制出JSC-1、MLS-1，日本已研制出MKS-1，FJS-1，中国已研制出CAS-1等模拟月壤，报道结果表明:这些模拟月壤的主要性能与Apollo 14采集样品的性能比较接近。
[0003]月球探测之所以重要，引起各世界大国的重视，是因为:月球是开展天体物理学、引力波、中微子等现代科学问题研宄的理想场所；更重要的是月球上贮藏着丰富的矿产资源，如氦-3是清洁的理想核聚变物质，将有效解决人类未来的能源问题，另外，对提升综合国力与军事战略实力、促进科技创新与社会经济发展均有重要作用。上个世纪60年代的美国和前苏联关于月球探测展开竞赛时，许多的科学家都乐观地认为人类将很快征服月球，并在那里建立基地；然而时间过去快半个世纪，关于月球基地的建立存在很多美妙的设想，但由于存在许多的技术上的障碍，月球基地的建立仍然是一个“梦想”。尽管如此，世界各国最近这新一波的“重返月球”的月球探测热潮，均计划在未来20-30年左右开展“载人登月”与“月球基地建设”。
[0004]我国今后进一步开展载人登月、建立月球基地，迫切需要航天员生命保障技术，包括:大气管理、水管理、食物的生产和存储、废物与废水管理及处理、以及航天员的安全和保护等5个方面，成为我国相关科技工作者今后迫切需要重点突破的关键技术。其中，月球基地模拟空气的研宄(矿物制氧气、微生物制氮气)、航天员排泄物的处理特别是尿液的处理(氨氮与硝氮的处理及以及水的制取)成为十分重要的课题，值得大力开展预先研宄(月球基地建设方案中，有地球生物-包括人、植物、微生物-移居的设想，所以本项目采用微生物制取氮气是非常必要的。)。
[0005]为此，本实用新型本着将来月球基地建设需要就地取材、简便易行的要求，提出以模拟月壤为载体，开展生物膜厌氧氨氧化制取氮气的研宄，对月球基地厌氧生物制取氮气及航天员尿液处理技术的研宄具有重要的科学意义和学术价值。作为生物膜载体之一的模拟月壤具有截留微生物性能好、比表面积大的优点，加入模拟月壤的填料可以缩短厌氧氨氧化反应器启动时间，加入模拟月壤填料作为生物膜载体，开展生物脱氮制取氮气研宄具有重要的实际意义，可用于将来探月工程的实际需要。【实用新型内容】
[0006]本实用新型提出了一种结构简单、容易实现的以模拟月壤为生物膜载体，可开展微生物制取氮气的装置。对月球基地的生物制取氮气及航天员尿液处理技术的研宄具有重要的科学意义和学术价值。作为生物膜载体之一的模拟月壤具有截留微生物性能好、比表面积大的优点，开展生物脱氮制取氮气研宄具有重要的实际意义，可用于将来探月工程的实际需要。
[0007]为达到上述实用新型目的，本实用新型采取了如下技术方案:
[0008]一种以模拟月壤为填料的快速制生物氮气的装置，其包括生物膜厌氧氨氧化反应器，所述反应器包括三相分离器和反应区，所述反应区填有模拟月壤颗粒作，所述三相分离器位于反应区上方，反应区与恒温循环水浴锅连接实现恒温控制。
[0009]进一步的，所述装置还包括进水池和出水池，三相分离器的上部通过出水管与出水池连接，反应器底部通过进水管与进水池连接，进水管还设有蠕动泵。
[0010]进一步的，所述三相分离器的顶部通过排气管排出气体。
[0011]进一步的，三相分离器顶部的排气管伸入气体缓冲瓶底部。
[0012]进一步的，所述反应器密闭遮光。
[0013]上述装置的使用方法:选取模拟月壤颗粒作为反应器中反应区的填料，三相分离器位于反应区上方，将硝化污泥与少量的厌氧污泥进行混合接种，加入反应器中，硝化污泥与厌氧污泥的质量比为8:1-10:1，再加入所述模拟月壤颗粒；采用恒温循环水浴加热控制反应区温度为30 士 1°C ;在反应器密闭遮光的条件下采取连续进水方式，废水通过蠕动泵将废水从反应器底部泵入，将废水与反应区中的污泥、模拟月壤充分混合反应，然后通过三相分离器进行固、液、气三相分离，出水从生物膜厌氧氨氧化反应器的溢流堰流出，气体从生物膜厌氧氨氧化反应器顶部的排气管排出。
[0014]进一步实施地，以我国玄武岩质矿渣为初始物质，该矿物成份主要为橄榄石和辉石，还有部分长石和钛铁矿；密度为2-2.75;抗剪性能方面，其平均内摩擦角0=33.3° ;粒径大小为2-4_，通过研磨粉碎制，然后将研磨粉碎后的模拟月壤通过孔径为2-4_的粒径筛，得到所用的模拟月壤。
[0015]进一步实施地，所述填料与污泥均匀接种，模拟月壤的填料投加量占反应器体积的20%-30%，污泥投加量为反应器有效容积的50%-60%。
[0016]进一步实施地，先将水力停留时间(HRT)设置为5.7-7.lh，废水pH 7.0-7.6，模拟废水氨氮和亚硝氮浓度比控制在1.1-1.3。开始时氨氮的浓度为200±20 mg/L，亚硝态氮的浓度为260±30 mg/L，通过加大硫酸铵和亚硝酸钠的质量来提高氨氮和亚硝态氮浓度，时间间隔是15d，硫酸铵和亚硝酸钠的添加量根据氨氮和亚硝态氮的浓度变化而调整，氨氮和亚硝态浓度每隔15d提高30-40mg/L，不断提高总氮负荷，实现以模拟月壤为填料制取生物氮气。
[0017]进一步实施地，为防止光能自养微生物繁殖，反应器需要用黑布遮光。采用人工合成配水基质，另外还需要添加矿质元素。实验开始时氨氮的浓度为200±20 mg/L，亚硝态氮的浓度为 260±30 mg/L ο 矿质元素为: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)，FeSO4 (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]接种污泥为硝化污泥和部分厌氧污泥，其接种量分别为硝化污泥约为17g VSS和厌氧污泥约为1.8g VSSo污泥投加量为