一种酶催化尿液废水连续处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明专利属于液体废物处理技术领域，特别涉及一种酶催化尿液废水连续处理装置。本装置可以利用脲酶特异性催化尿液中尿素的水解，对人体尿液排泄物进行催化处理，将尿液中氮素以氨的形式分离出，随后采用减压蒸馏的方式对尿液中的水和氮素进行回收处理。该发明装置设计精巧，将酶催化处理与减压蒸馏技术结合起来构建了一体化设备，实现了尿液废水的连续处理，可分别对酶催化处理与减压蒸馏处理的温度、搅拌速率条件实现自动化控制以获得更高的处理效率，同时处理过程中保持密封，有利于保证密闭空间环境安全。该处理装置可实现尿液废水资源化，提高资源利用率，可应用于农场、密闭系统实验等场所内尿液以及其他高含盐量污水的脱盐处理，同时也可应用于工厂内其他酶参与催化的连续性污水处理和液相反应。该发明设计精巧、美观，实用性强，可实现处理条件的自动化控制，同时操作简便，节能减排。
【背景技术】
[0002]深空探测技术作为人类保护地球、进入宇宙、寻找新的生活家园的唯一手段，已经成为了世界各国极大关注的技术之一。在深空探测活动中，需要建立完全封闭的生物再生式生命保障系统来循环再生人类所需的氧气、水和食物等生存必需物质，同时系统乘员的尿液废水中含有植物生长所必需的水分与营养元素，因此需要在系统内循环再生处理进行回收，以保障封闭系统的顺利运行。目前尿液废水的处理大多采用空气蒸发系统装置进行气液分离，空气蒸发系统构造简单、可靠性高，气液分离效果好，能够有效的回收尿液废水中的水分，却无法有效地回收尿液中的营养元素。而目前已经开展的封闭生态系统试验B1S-3中，乘员尿液同污水一起不经过处理直接用于高等植物和微型藻类的培养液，然而植物无法完全吸收尿液中所有营养成分，采用该处理方法会造成营养液和植物中的盐类积累。此外还有一些尿液废水处理装置，如欧空局在MELiSSA系统中采用四个微生物反应器来对尿液废水进行降解再生，然而目前缺少一种能够快速高效的回收尿液中水和营养元素的连续处理装置。如何能够快速、高效、稳定地回收尿液中的水和营养元素，以满足密闭系统内物质循环的需求，成为了一个亟待解决的难题。
[0003]针对密闭空间尿液废水的处理要求，我们设计发明了一种尿液废水连续处理装置。采用此装置处理时，待处理的尿液废水中的尿素首先被催化水解为氨，随后氨连同剩余的尿液进行减压蒸馏，最后收集得到蒸馏出的氨和水，未回收的尿液残液将收集统一排出。该处理装置操作简单，自动可控，快速高效，运行稳定，密封性强，能够实现尿液废水的连续处理，同时对密闭环境条件实现了零污染，具有重大的应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明专利提出了一种操作简单，自动可控，设计精巧，反应高效，运行稳定，密封性强的酶催化尿液废水连续处理装置。
[0005]为了实现以上发明目标，设计发明了此种酶催化尿液废水连续处理装置，其主要包括支撑架模块1、恒温水箱模块2、恒温水箱模块3、废水预处理箱模块4、低压蒸馏箱模块5、废液收集箱模块6、冷凝水箱模块7、冷凝器模块8以及控制模块9，其特征在于支撑架模块I用于支撑恒温水箱模块2、恒温水箱模块3、废水预处理箱模块4、低压蒸馏箱模块5、废液收集箱模块6、冷凝水箱模块7，冷凝器模块8以及控制模块9，通过启动控制模块9使废水预处理箱模块4中的尿液废水在恒温水箱模块2的作用下完成催化处理，随后进入低压蒸馏箱模块5中，在恒温水箱模块3的加热下进行低压蒸馏，蒸馏产物通过冷凝器模块8的冷凝作用收集于冷凝水箱模块7中，剩余的饱和尿液残液将被送往废液收集箱模块6。该发明装置设计精巧，将酶催化处理与减压蒸馏技术结合起来构建了一体化设备，实现了尿液废水的连续处理，可分别对酶催化处理与减压蒸馏处理的温度、搅拌速率条件实现自动化控制以获得更高的处理效率，同时处理过程中保持密封，有利于保证密闭空间环境安全。
[0006]所述支撑架模块I选用不锈钢材质，支撑架设计成稳定的四方体构型，分为上下两层，其中搭载有废水预处理箱模块4的恒温水箱模块2、搭载有低压蒸馏箱模块5的恒温水箱模块3、废液收集箱模块6、冷凝水箱模块7和冷凝器模块8固定在支撑架模块I的上层；控制模块9固定在支撑架下层；支撑架模块I的下面采用滚轮10移动和固定。
[0007]所述恒温水箱模块2包括电磁加热器61、水箱隔板11、恒温水箱箱体12、温度传感器13、温度传感器62、进水口 14、出水口 15、恒温水箱顶盖16、气阀17以及风扇18。恒温水箱箱体12为长方体结构，储水体积约为40L，恒温水箱箱体12采用两层设计，其内外表面均包裹不锈钢，中间可填充保温棉，这样设计有利于保持水箱内水浴恒温；恒温水箱顶盖16采用不锈钢板，设计为两层，下层顶盖四角位置安装四个法兰，两层顶盖之间通过法兰扣紧，同时安装O型密封圈保证密封，此不锈钢顶盖有利于蒸发水份与环境进行热交换，促进水箱内蒸发水冷凝回流；顶盖上安装一个气阀17，用以控制水浴箱里的蒸汽压；同时顶盖上设计一个进水口 14，其开关由螺塞控制，螺塞与顶盖间加入O型橡胶密封圈进行密封；箱体下底部连接出水口 15，出水口开关由阀门控制，以便排出水箱中多余水份或者给水箱换水；箱体两侧壁上嵌入有温度传感器13与温度传感器62，左右对称，用于直接测定恒温水箱内的水温；整个恒温水箱的加热采用电磁加热器61加热，电磁加热器安装于水箱底部，主要由电磁线盘、主基板、热敏电阻件与风扇组件构成，电磁加热器旁设置两个风扇18，可对电磁加热器进行散热，恒温水浴箱的具体水浴温度可由控制模块9进行调控；箱体底部设置一定厚度的水箱隔板11，水箱隔板11采用不锈钢材质，可将水箱储水处与电磁加热器61隔开，同时可作为电磁加热的加热介质。
[0008]所述恒温水箱模块3包括电磁加热器65、水箱隔板72、恒温水箱箱体67、温度传感器63、温度传感器64、进水口 70、出水口 71、恒温水箱顶盖68、气阀69以及风扇66。恒温水箱箱体67为长方体结构，储水体积约为40L，恒温水箱箱体67采用两层设计，其内外表面均包裹不锈钢，中间可填充保温棉，这样设计有利于保持水箱内水浴恒温；恒温水箱顶盖68采用不锈钢板，设计为两层，下层顶盖四角位置安装四个法兰，两层顶盖之间通过法兰扣紧，同时安装O型密封圈保证密封，此不锈钢顶盖有利于蒸发水份与环境进行热交换，促进水箱内蒸发水冷凝回流；顶盖上安装一个气阀69，用以控制水浴箱里的蒸汽压；同时顶盖上设计一个进水口 70，其开关由螺塞控制，螺塞与顶盖间加入O型橡胶密封圈进行密封；箱体下底部连接出水口 71，出水口开关由阀门控制，以便排出水箱中多余水份或者给水箱换水；箱体两侧壁上嵌入有温度传感器63与温度传感器64，左右对称，用于直接测定恒温水箱内的水温；整个恒温水箱的加热采用电磁加热器65加热，电磁加热器安装于水箱底部，主要由电磁线盘、主基板、热敏电阻件与风扇组件构成，电磁加热器旁设置两个风扇66，可对电磁加热器进行散热，恒温水浴箱的具体水浴温度可由控制模块9进行调控；箱体底部设置一定厚度的水箱隔板72，水箱隔板72采用不锈钢材质，可将水箱储水处与电磁加热器65隔开，同时可作为电磁加热的加热介质。
[0009]所述废水预处理箱模块4包括废水预处理箱体19、废水预处理箱顶盖20、废水进水口 21、储酶管22、桨式搅拌器23、旋转密封器24、抽液管25以及抽液泵26。废水预处理箱体19呈圆柱型设计，其储液体积约为10L，箱体采用不锈钢材质，以便于恒温水浴加热，箱体与恒温水箱顶盖16接触处采用斜型螺旋卡扣设计，废水处理箱体可拆卸，安装时仅需沿着螺纹旋下即可；废水预处理箱顶盖20采用双层设计，其下层与废水预处理箱体19相连，并六角对称安装六个法兰，上层顶盖可通过法兰与下层顶盖紧密结合，两层顶盖间使用O型密封圈密封，已保证处理箱内气体不会逸出；在废水预处理箱顶盖20中心轴处设计安装桨式搅拌器23，搅拌轴下部平行安装5组共计10个搅拌桨叶，搅拌桨叶长约2-4cm，宽约l-3cm，以保证能将处理箱内废水充分搅拌；桨式搅拌器23由搅拌机驱动，搅拌机转速可控，其具体转速可由控制模块9进行调节，搅拌器与废水预处理箱体接触部分采用旋转密封器24进行密封处理；围绕桨式搅拌器23为中心呈六方设计安装四个储酶管22、抽液管25以及废水进水口 21，上述部件均与桨式搅拌器23保持一定距离，以保证搅拌器的正常工作；其中，储酶管22包括管体27、六边形镂空28以及储酶管顶盖29。管体27呈圆柱长管设计，管体采用不锈钢材质，储酶管与废水预处理箱顶盖20接触处采用螺旋卡扣设计，储酶管可拆卸，安装时仅需沿着螺纹旋下即可，储酶管顶盖29采用双层螺塞设计，其下层与管体27相连，储酶管填充酶后，上层顶盖仅需沿着螺纹旋下即可与下层顶盖紧密结合，两层顶盖间使用O型密封圈密封，储酶管壁上均匀分布高密度的六