本发明涉及一种载人航天器尿液高效回用处理方法。
背景技术：
载人航天器传统重尿液废水富含高浓度氨氮和一定的有机物和磷酸盐，在密闭受控系统中，尿液废水需高效处理并最大程度回用，实现水资源和n类物质回用，以保障飞行器的长期高效运转，以及确保航天员日常代谢。
目前，国际空间站及大部分飞行器均采用物化方法，如湿式高温催化氧化、蒸馏冷凝等方法对尿液废水进行处理及回用，但物化方法处理负荷低、单位能耗高，在短期飞行任务中可行，但对于长期太空作业的载人航天器，如深空驻留系统，能耗问题限制物化方法的应用。实际尿液废水中以高浓度氨氮、有机物为主和部分磷酸盐为主，其浓度分别为nh4+-n：200—1000mg/l，cod：3200—5100mg/l。基于尿液废水的组分分析，在理论上生物法完全可以满足对尿液废水的处理及回用，且与物化法相比，生物法能耗低，满足长期运行需求。
传统的微生物脱氮降解工艺主要包括两段，第一段为氨氮在硝化菌作用下转化为硝氮；第二段硝氮在反硝化细菌作用下转变为氮气，最终实现尿液废水脱氮。但该工艺的硝化段需通过大量曝气，使反应体系do保持在较高水平；其次在反硝化段在碳源不足情况下，还需外加碳源，才能实现高效反硝化脱氮。与之相比，短程硝化/厌氧氨氧化脱氮工艺首先通过氨氧化细菌(ammonia-oxidizingbacteria，aob)将部分氨氮转化为亚硝态氮，随后剩余的氨氮和亚硝态氮被厌氧氨氧化菌转化为氮气而实现对氮素的去除。该工艺是一种简捷的脱氮途径，具有不消耗有机碳源、降低曝气量等优点，相对于传统脱氮工艺，运行能耗可节约90％左右。另外，短程硝化和厌氧氨氧化过程涉及的aaob菌与nammox菌均属于自养菌，世代周期较长，可大幅减少剩余污泥的排放，缓解载人航天器密闭空间负担。
因此，根据尿液废水水质特点，以及生物短程硝化/厌氧氨氧化工艺的能耗低、投药少、剩余污泥产量少的优势，本发明提出一种以短程硝化/厌氧氨氧化为核心的尿液处理及回用工艺。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可通过水解酸化对大分子有机物和尿素在腺酶的酶促反应作用下发生高效水解，实现对高浓尿液废水的转化，有效提高尿液废水可生化降解性，并且能耗低，处理效果好的载人航天器尿液高效回用处理方法。
本发明的载人航天器尿液高效回用处理方法，其包括以下步骤：
a、将尿液收集到容器中；
b、对容器中的尿液进行监测，当容器中尿液的液位高于尿液搅拌设定位置时，开始对容器中的尿液进行搅拌，当尿液的液位低于尿液搅拌设定位置时，停止对容器中的尿液进行搅拌；
c、随着流入容器中尿液的不断增加，容器中尿液的液位继续升高至尿液搅拌设定位置的上方，达到尿液输出设定位置时，开始将容器中尿液输送至厌氧生物流化床abfb内利用厌氧微生物进行处理，将尿液中的有机氮转化为无机氮，并去除尿液中的cod；
d、将经过厌氧生物流化床abfb处理过的尿液以自流的方式引流进入一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan，控制一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan内的do在1-2mg/l，让尿液中的部分氨氮在氨氧化细菌的作用下转化为亚硝酸盐，并利用厌氧氨氧化菌将废水中亚硝酸盐氮和剩余氨氮一起转化为氮气并回收，以补充载人飞行器密闭空间中的氮气；
e、将一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan内的部分污泥混合液回流至厌氧流化床内，以实现污泥的减量化，同时通过亚硝酸盐与有机物的短程反硝化，以提高整个系统的脱氮效果；
f、将经过一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan处理过的尿液以自流的方式引流进入好氧负载型膜生物反应器ambr，好氧负载型膜生物反应器ambr通过压缩空气罐或纯氧气瓶输入空气或氧气，让尿液中的残留的有机物最大程度矿化，残留氨氮转化为硝氮，得到满足植物营养液回用液体；
g、将好氧负载型膜生物反应器ambr内的部分污泥混合液回流至厌氧流化床内，以实现污泥的减量化，提高整个系统的脱氮效果；
h、将步骤f得到的满足植物营养液回用液体储存在出水箱中，备用。
进一步地，所述厌氧生物流化床abfb内的微生物为水解酸化菌和/或梭菌属和/或芽孢杆菌属和/或乳酸菌属，一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan内的微生物为氨氧化细菌(ammonia-oxidizingbacteria，aob)和厌氧氨氧化菌(anammox)。
进一步地，所述厌氧生物流化床abfb内的底部沿水平方向铺设有内循环水分布管，内循环水分布管的进水口与串联有内循环水泵的管路的出水口相连，串联有内循环水泵的管路的进水口与厌氧生物流化床abfb的内腔相连；厌氧生物流化床abfb内沿竖直方向设有多个导流板，厌氧生物流化床abfb的顶部设有废气排放口，废气排放口通过串联有截门的管路与废气收集系统的进气口相连。
进一步地，所述一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan内的底部沿水平方向铺设有暴气分布管，暴气分布管的进气口通过串联有气体流量计的管路与充有空气或氧气的气罐相连；一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan的顶部设有废气排放口，废气排放口通过串联有截门的管路与废气收集系统的进气口相连；
所述好氧负载型膜生物反应器ambr内的底部沿水平方向铺设有暴气分布管，暴气分布管的进气口通过管路与充有空气或氧气的气罐相连；好氧负载型膜生物反应器ambr内沿竖直方向设有多个导流板。
进一步地，所述容器中的尿液通过串联有水泵的管路输送至厌氧生物流化床abfb内。
本发明的载人航天器尿液高效回用处理方法，具有以下突出的优点：
(1)高效性。本发明的厌氧段可通过水解酸化对大分子有机物和尿素在腺酶的酶促反应作用下发生高效水解，实现对高浓尿液废水的转化，有效提高尿液废水可生化降解性。
(2)低耗性。本发明采用了短程硝化/厌氧氨氧化的方法进行脱氮，该方法曝气强度低、污泥生长周期长、不需外加碳源，在自养微生物的作用下，实现微生物脱氮，与其他物化法和传统生物脱氮法相比，本发明能耗较低。
(3)可靠性。本发明在最后采用了好氧负载型膜生物反应器作为整个工艺的保障单元，对前段未能彻底去除的有机物和氨氮在本单元进行彻底去除和转换，保障了工艺出水对植物营养需求的满足性。
因此，本发明的载人航天器尿液高效回用处理方法具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
基于物化法和传统生物法对尿液废水处理的弊端，以及这些方法与长期载人航天器尿液废水处理需求的不匹配性，本发明提出了一种高效低耗的以厌氧氨氧化为核心的多级生物处理工艺，主要采用前段厌氧水解，将有机氮转化为以氨氮为主无机氮，并去除大部分cod；中段采用短程硝化/厌氧氨氧化，将部分氨氮转化为亚硝酸盐，随后使残留氨氮与亚硝氮反应，产生氮气，完成脱氮；后段采用好氧单元，对残留的有机物彻底矿化去除，对残留的氨氮彻底转化为硝酸盐，处理后作为载人航天器植物舱植物营养液回用，实现尿液废水回用。
本发明的载人航天器尿液高效回用处理方法，其包括以下步骤：
a、将尿液收集到容器中；
b、对容器中的尿液进行监测，当容器中尿液的液位高于尿液搅拌设定位置时，开始对容器中的尿液进行搅拌，当尿液的液位低于尿液搅拌设定位置时，停止对容器中的尿液进行搅拌；
c、随着流入容器中尿液的不断增加，容器中尿液的液位继续升高至尿液搅拌设定位置的上方，达到尿液输出设定位置时，开始将容器中尿液输送至厌氧生物流化床abfb内利用厌氧微生物进行处理，将尿液中的有机氮转化为无机氮，并去除尿液中的cod；
d、将经过厌氧生物流化床(abfb,anaerobicbiologicalfluidizedbed)处理过的尿液以自流的方式引流进入一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan，控制一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan中的do在1-2mg/l，让尿液中的部分氨氮在氨氧化细菌的作用下转化为亚硝酸盐，并利用厌氧氨氧化菌将废水中亚硝酸盐氮和剩余氨氮一起转化为氮气并回收，以补充载人飞行器密闭空间中的氮气；
e、将一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan内的部分污泥混合液回流至厌氧流化床内，以实现污泥的减量化，同时通过亚硝酸盐与有机物的短程反硝化，以提高整个系统的脱氮效果；
f、将经过一体化亚硝化/氨氧化反应器(ahan,sharon-anammox)处理过的尿液以自流的方式引流进入好氧负载型膜生物反应器ambr，好氧负载型膜生物反应器ambr通过压缩空气罐或纯氧气瓶输入空气或氧气，让尿液中的残留的有机物最大程度矿化，残留氨氮转化为硝氮，得到满足植物营养液回用液体；
g、将好氧负载型膜生物反应器(ambr,aeratedmembranebiologicalreactor)内的部分污泥混合液回流至厌氧流化床内，以实现污泥的减量化，提高整个系统的脱氮效果；
h、将步骤f得到的满足植物营养液回用液体储存在出水箱中，备用。
作为本发明的进一步改进，上述厌氧生物流化床abfb内的微生物为水解酸化菌和/或梭菌属和/或芽孢杆菌属和/或乳酸菌属，一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan内的微生物为氨氧化细菌(ammonia-oxidizingbacteria，aob)和厌氧氨氧化菌(anammox)。
作为本发明的进一步改进，上述厌氧生物流化床abfb内的底部沿水平方向铺设有内循环水分布管，内循环水分布管的进水口与串联有内循环水泵的管路的出水口相连，串联有内循环水泵的管路的进水口与厌氧生物流化床abfb的内腔相连；厌氧生物流化床abfb内沿竖直方向设有多个导流板，厌氧生物流化床abfb的顶部设有废气排放口，废气排放口通过串联有截门的管路与废气收集系统的进气口相连。
作为本发明的进一步改进，上述一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan内的底部沿水平方向铺设有暴气分布管，暴气分布管的进气口通过串联有气体流量计的管路与充有空气或氧气的气罐相连；一体化亚硝化/氨氧化反应器ahan的顶部设有废气排放口，废气排放口通过串联有截门的管路与废气收集系统的进气口相连；
所述好氧负载型膜生物反应器ambr内的底部沿水平方向铺设有暴气分布管，暴气分布管的进气口通过管路与充有空气或氧气的气罐相连；好氧负载型膜生物反应器ambr内沿竖直方向设有多个导流板。
作为本发明的进一步改进，上述容器中的尿液通过串联有水泵的管路输送至厌氧生物流化床abfb内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。