申请日2017.12.28
公开(公告)日2018.09.18
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30; C02F101/16
摘要
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，密闭生态系统废水处理装置，包括：初级过滤器;调节水箱;厌氧膜生物反应器，与调节水箱通过管路连接;管式膜组件，与厌氧膜生物反应器通过管路连接;好氧膜生物反应器，与管式膜组件通过管路连接;出水水箱，与好氧膜生物反应器通过管路连接;本发明的密闭生态系统废水处理方法，包括：初级过滤;在厌氧膜生物反应器内培养厌氧微生物并使厌氧微生物对污水净化;在好氧膜生物反应器内培养好氧微生物并使好氧微生物对污水净化;利用好氧微生物对污水净化后，对净化后水消毒。本发明的技术方案将生物技术与膜分离技术相耦合，大大降低了系统占用的空间，为厌氧微生物和好氧微生物提供了独立的生存栖息空间，有效提高了功能微生物活性和污染物降解效果，同时全过程保持密闭，可以对生物处理过程所释放气体进行收集净化，消除二次污染。
权利要求书
1.一种密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，包括：
对废水进行初级过滤;
利用调节水箱对废水进行均质调节，将均质调节后的废水泵入厌氧膜生物反应器;
在厌氧膜生物反应器内培养厌氧微生物并使所述厌氧微生物对污水净化;
在好氧膜生物反应器内培养好氧微生物并使所述好氧微生物对污水净化，去除污水中的有机污染物和氨氮;
利用好氧微生物对污水净化后，对净化后水消毒。
2.如权利要求1所述的密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，对废水进行初级过滤包括采用毛发过滤器去除污水中的纤维类物质，利用调节水箱对废水进行均质调节包括利用调节水箱对污水进行均量均质调节，调节时间不小于18h。
3.如权利要求2所述的密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，所述在厌氧膜生物反应器内培养厌氧微生物并使所述厌氧微生物对污水净化包括：
采用配置有在线氧化还原电位传感器和氨氮传感器的外置式管式膜厌氧膜生物反应器水解过滤后的污水中的大分子物质，控制污水在厌氧膜生物反应器内停留8～12h，以对初级过滤后的污水充分水解。
4.如权利要求3所述的密闭生态系统废水 处理方法，其特征在于，还包括：
将厌氧微生物对污水净化产生的气体以及好氧微生物对污水净化产生的气体进行气水分离，将气水分离出的气体吸附，将气水分离出的水分排入调节水箱。
5.如权利要求4所述的密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，还包括：
用管式膜对厌氧膜生物反应器排出水进行过滤，所述的管式膜运行膜通量为40～60L/(m2·h)，管式膜内混合液流速为2.5～5m/s。
6.如权利要求5所述的密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，还包括：
所述厌氧膜生物反应器利用从管式膜回流的混合液对厌氧膜生物反应器内的物质进行水力均质搅拌。
7.如权利要求6所述的密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，在好氧膜生物反应器内培养好氧微生物并使所述好氧微生物对污水净化，去除污水中的有机污染物和氨氮包括：
采用一体式好氧膜生物反应器去除污水中的有机污染物和氨氮，采用配置有在线pH和溶解氧传感器的一体式平板膜好氧膜生物反应器，控制污水停留时间为12～14h，完成对厌氧膜生物反应器出水中有机污染物的降解并将氨氮转化为硝酸盐氮。
8.如权利要求7所述的密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，好氧膜生物反应器的平板膜的运行膜通量8～12L/(m2·h)。
9.如权利要求8所述的密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，还包括向好氧膜生物反应器中投加一定量碳酸氢钾以补充进水碱度的不足，碳酸氢钾以溶液状态投加，根据在线pH测量数据控制加碱泵的启动和停止。
10.如权利要求9所述的密闭生态系统废水处理方法，其特征在于，利用供氧风机用于吸取空气为好氧微生物供氧，利用冲刷风机抽取好氧膜生物反应器内排出气体对平板膜进行冲刷，好氧膜生物反应器内排出气体在好氧膜生物反应器和冲刷风机之间循环;
还包括：每隔一定时间，通过污泥回流泵将好氧膜生物反应器中的污泥回流至厌氧膜生物反应器进行消化分解;
净化后水消毒后，对净化后水实时监测，监测项目包括：pH值、浊度、氨氮和TOC;
将气水分离出的气体吸附所用的吸附剂为颗粒活性炭。
说明书
密闭生态系统废水处理方法
技术领域
本发明涉及废水处理与回用，特别是涉及一种密闭生态系统废水处理方法。
背景技术
水的再生与循环利用是中长期载人飞行任务的必然需求，也是载人航天再生式环控生保系统关键组成部分。载人航天飞行器、近地轨道空间站、以及地外星球生存基地等密闭生态系统中污水主要由尿液、卫生废水、冷凝水、相变水(干燥废弃物产生)等组成，其中的污染物主要包括为有机物、氮、磷和其他矿物质。
目前中长期载人航天活动均采用物化技术来实现水的再生并回用于乘员饮用水及卫生用水，如SAMSONOV N M,et al.Systems forWater Reclamation from HumidityCondensate and Urine for Space Station.SAE Technical Paper,1994,941536.报道的采用“吸附/催化”技术的冷凝水回收系统(System for water reclamation fromhumidity condensate,SWR-C)应用于“礼炮-4”、“礼炮-6”、“礼炮-7”空间站及之后的和平号空间站(the space station“Mir”)，对收集的冷凝水进行处理后，为乘员提供饮用水、饮食制作用水和淋浴用热水。GRIGORIEV A I,et al.Regeneration ofwater at spacestations.ActaAstronautica,2011,68(9–10):1567-1573.和SAMSONOV N M,etal.Experience in Development and Operation of a Regenerative System for WaterSupply on Mir Space Station.SAE Technical Paper,2000,2000-01-2517.报道的包括尿液收集、化学预处理、常压膜蒸馏和吸附/催化等单元的尿液水回收系统(System forwaterreclamation from urine,SWR-U)应用于和平号空间站，共回收了6000kg水，实现了80%的水回收率。CARTER L,et al.Status ofISS Water Management andRecovery.proceedings of the 43rd International Conference on EnvironmentalSystems,Vail,CO,14-19July 2014.报道，美国在国际空间站上采用尿液处理装置(蒸汽压缩蒸馏装置)对尿液进行处理，蒸馏液进入废水处理系统(由旋转气体分离器、颗粒物过滤器、多介质过滤床以及催化氧化反应器等)中与其它废水统一进行处理，合格出水作为乘员饮用水和电解制氧用水，截止2013年4月21日，共产出约13400kg出水。
综上所述，目前空间站的水处理工艺均采用物理化学方法，其出水多用于饮用水或乘员卫生用水，而对污水中的氮、磷等矿物质元素未曾进行有效回收。未来的星球基地受控生态生保系统中，将引进大量植物并以植物为物质循环中心，建立高级再生式生命保障和物质循环系统，在受控生态生保系统中采用生物与物化技术相结合的废水处理工艺，不仅可能提高水分回收率，降低水处理过程的物质损耗，并且能够有效回收废水中的氮、磷等矿物质元素，产水可以作为优质植物营养液使用，进一步提高污水综合回收利用率，但是现有技术中还没有可以实现上述废水处理工艺的装置与方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以有效回收废水中的氮、磷等矿物质元素的密闭生态系统废水处理方法。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，包括：
对废水进行初级过滤;
利用调节水箱对废水进行均质调节，将均质调节后的废水泵入厌氧膜生物反应器;
在厌氧膜生物反应器内培养厌氧微生物并使所述厌氧微生物对污水净化;
在好氧膜生物反应器内培养好氧微生物并使所述好氧微生物对污水净化，去除污水中的有机污染物和氨氮;
利用好氧微生物对污水净化后，对净化后水消毒。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，对废水进行初级过滤包括采用毛发过滤器去除污水中的纤维类物质，利用调节水箱对废水进行均质调节包括利用调节水箱对污水进行均量均质调节，调节时间不小于18h。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，所述在厌氧膜生物反应器内培养厌氧微生物并使所述厌氧微生物对污水净化包括：
采用配置有在线氧化还原电位传感器和氨氮传感器的外置式管式膜厌氧膜生物反应器水解过滤后的污水中的大分子物质，控制污水在厌氧膜生物反应器内停留8～12h，以使对初级过滤后的污水充分水解。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，还包括：
将厌氧微生物对污水净化产生的气体以及好氧微生物对污水净化产生的气体进行气水分离，将气水分离出的气体吸附，将气水分离出的水分排入调节水箱。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，还包括：
用管式膜对厌氧膜生物反应器排出水进行过滤，所述的管式膜运行膜通量为40～60L/(m2·h)，管式膜内混合液流速为2.5～5m/s。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，还包括：
所述厌氧膜生物反应器利用从管式膜回流的混合液对厌氧膜生物反应器内的物质进行水力均质搅拌。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，在好氧膜生物反应器内培养好氧微生物并使所述好氧微生物对污水净化，去除污水中的有机污染物和氨氮包括：
采用一体式好氧膜生物反应器去除污水中的有机污染物和氨氮，采用配置有在线pH和溶解氧传感器的一体式平板膜好氧膜生物反应器，控制污水停留时间为12～14h，完成对厌氧膜生物反应器出水中有机污染物的降解并将氨氮转化为硝酸盐氮。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，好氧膜生物反应器的平板膜的运行膜通量8～12L/(m2·h)。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，还包括向好氧膜生物反应器中投加一定量碳酸氢钾以补充进水碱度的不足，碳酸氢钾以溶液状态投加，根据在线pH测量数据控制加碱泵的启动和停止。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，利用供氧风机用于吸取空气为好氧微生物供氧，利用冲刷风机抽取好氧膜生物反应器内排出气体对平板膜进行冲刷，好氧膜生物反应器内排出气体在好氧膜生物反应器和冲刷风机之间循环。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，还包括：每隔一定时间，通过污泥回流泵将好氧膜生物反应器中的污泥回流至厌氧膜生物反应器进行消化分解。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，净化后水消毒后，对净化后水实时监测，监测项目包括：pH值、浊度、氨氮和TOC。
本发明的密闭生态系统废水处理方法，其中，将气水分离出的气体吸附所用的吸附剂为颗粒活性炭。
本发明的技术方案将生物技术与膜分离技术相耦合，大大降低了系统占用的空间，为厌氧微生物和好氧微生物提供了独立的生存栖息空间，有效提高了功能微生物活性和污染物降解效果，同时全过程保持密闭，可以对生物处理过程所释放气体进行收集净化，消除二次污染。
