申请日2019.02.01
公开(公告)日2019.05.07
IPC分类号B01F7/18; B01F15/00; B01F15/02; C02F1/00
摘要
一种空间站尿液废水模拟配置设备，包括可移动机柜、收集单元、定量添加单元、预混单元、存储单元、智能控制单元、供电单元。通过各单元间相互配合，本发明实现了在地面条件下模拟空间站上尿液废水配置流程，完成对航天员尿液的自动收集和实时配置，验证了空间站上尿液废水配置流程的合理性及可靠性，同时解决了太空新型尿液废水处理技术研究所需的尿液废水配置及供应问题;触摸显示屏实时显示设备运行流程及状态信息等，并可通过触摸完成设备参数输入和设定，实现了人机交互;集成了短信收发功能，通过短信方式可获取放置于不同位置的多台设备信息及远程控制设备运行状态，大大提高了尿液收集和配置效率。
权利要求书
1.一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：包括收集单元、控制单元、定量添加单元、预混单元、存储单元;
所述收集单元用于收集尿液并输出给所述预混单元;所述控制单元用于控制所述定量添加单元向所述预混单元中添加预处理剂和或冲洗水;所述预混单元用于配制尿液废水，然后将尿液废水储存到所述存储单元中。
2.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述收集单元还设有用于将尿液排出的出尿口。
3.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述定量添加单元还设有预处理剂箱(300)、冲洗水箱(301)、第一液位监测传感器(305);第一所述液位监测传感器(305)用于同时监测所述预处理剂箱(300)内预处理剂的液位和所述冲洗水箱(301)内冲洗水的液位，并将监测结果发送给所述控制单元。
4.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述定量添加单元还设有定量泵(306)和电磁阀(307)，所述控制单元能够控制定量泵(306)和电磁阀(307)向所述预混单元中添加预处理剂和或冲洗水。
5.根据权利要求4所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述定量添加单元的冲洗水通过收集单元后进入所述预混单元。
6.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述预混单元还设有第二液位监测传感器(401)、预混容器(400);所述第二液位监测传感器(401)用于监测所述预混容器(400)内尿液的液位，并将监测结果发送给所述控制单元。
7.根据权利要求5所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述预混单元还设有电机(402)、搅拌装置(403)，所述电机(402)用于带动搅拌装置(403)搅拌预混容器(400)内的液体。
8.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述存储单元还设有第三液位监测传感器(502)、尿液废水储箱(500)、输出泵(506);所述第三液位监测传感器(502)用于监测所述尿液废水储箱(500)内尿液废水的液位;所述控制单元还用于控制所述输出泵(506)将所述尿液废水储箱(500)内的尿液废水泵出。
9.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述控制单元根据所述预混单元内尿液的液位和尿液废水的预设配置比例，控制所述定量添加单元的定量泵(306)和电磁阀(307)向所述预混单元中添加预处理剂和或冲洗水。
10.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述控制单元还设有用于数据显示和与用户进行数据交互的显示屏(601)，所述控制单元能够根据用户要求设置尿液废水的预设配置比例。
11.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述控制单元还设有用于报警的报警装置(602)，当所述定量添加单元和或所述存储单元出现异常时，所述控制单元的报警装置(602)报警。
12.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述控制单元还设有与用户进行数据交互的送短信收发模块(603)，当送短信收发模块(603)收到用户发送的尿液废水的预设配置比例后，所述控制单元能够根据尿液废水的预设配置比例。
13.根据权利要求9或10或12所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述尿液废水的预设配置比例为以下质量百分含量的组份：
尿液70.5%～71.0%、预处理剂1.0%～1.5%、其余为冲洗水。
14.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：还包括可移动机柜，所述收集单元、定量添加单元、预混单元、存储单元、控制单元均安装在可移动机柜上。
15.根据权利要求1所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：还包括供电单元，所述供电单元用于为所述收集单元、控制单元、定量添加单元、预混单元、存储单元供电。
16.根据权利要求15所述的一种空间站尿液废水模拟配置设备，其特征在于：所述供电单元包括但不限于电池或者外接电源。
17.一种空间站尿液废水配置方法，其特征在于：采用尿液、预处理剂、水进行混合配置，所述空间站尿液废水包括以下质量百分含量的组份：
尿液70.5%～71.0%、预处理剂1.0%～1.5%、其余为水。
说明书
一种空间站尿液废水模拟配置设备及配置方法
技术领域
本发明涉及一种空间站尿液废水模拟配置设备及配置方法，特别涉及一种针对空间站中航天员尿液废水的模拟配置设备及配置方法，属于水处理领域。
背景技术
空间站是世界尖端技术，也是我国空间技术发展的方向。中国将于2020年左右建成的空间站，将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地，届时会有多名宇航员在空间站内长期生活、工作。空间站需要定期补给，代价非常高，因此必须采用再生式环境控制与生命保障系统，实现废水的闭路循环。而空间站废水中，尿液的处理难度最大且最为关键。尿液中含有高浓度的有机物、氨、氮和盐，现有地面环境下污水处理方法在太空微重力环境下均无法有效使用。因此，需在地面环境下，收集航天员尿液并通过添加定量预处理剂和水，配置成模拟空间站上待处理的航天员尿液废水，用于太空条件下新型尿液废水处理技术的研究、测试及验证等。
当前，所需的尿液废水均由人工定期收集尿液并手动进行配置，存在诸多问题和不足。一是无法对每次航天员的尿液进行实时配置，只能定期收集到一定量后再统一进行配置，此时早期收集的尿液经过一段时间放置后再添加预处理剂，处理效果会大打折扣，导致后端尿液废水处理技术的研究试验及结果评估会存在较大偏差;二是在配置时需将收集到的不同航天员的尿液量逐一进行人工测量，然后根据配比计算预处理剂及水的添加量，再通过多种量具配合进行精确添加，工作量大且极易出错。一旦配比计算或添加过程出现问题，会导致收集的尿液全部作废，只能重新收集和配置，时间成本及人力成本较高;三是无法模拟空间站上尿液废水配置流程，无法对该配置技术进行地面试验和验证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间站尿液废水模拟配置设备及配置方法，实现了在地面条件下模拟空间站上工作流程，自动收集航天员尿液，并向尿液中添加预处理剂和冲洗水，然后储存到尿液废水储箱。在该过程中，设备可自动识别收集尿液量，自动完成预处理剂与冲洗水的定量添加，以及与尿液的主动混合，最后收集进入尿液废水储箱，实现尿液废水的自动收集和自动配置的功能，验证了空间站上尿液废水配置流程的合理性及可靠性，解决了太空新型尿液废水处理技术研究所需的尿液废水自动配置及供应问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种空间站尿液废水模拟配置设备，包括收集单元、控制单元、定量添加单元、预混单元、存储单元;
所述收集单元用于收集尿液并输出给所述预混单元;所述控制单元用于控制所述定量添加单元向所述预混单元中添加预处理剂和或冲洗水;所述预混单元用于配制尿液废水，然后将尿液废水储存到所述存储单元中。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述收集单元还设有用于将尿液排出的出尿口。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述定量添加单元还设有预处理剂箱、冲洗水箱、第一液位监测传感器;第一所述液位监测传感器用于同时监测所述预处理剂箱内预处理剂的液位和所述冲洗水箱内冲洗水的液位，并将监测结果发送给所述控制单元。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述定量添加单元还设有定量泵和电磁阀，所述控制单元能够控制定量泵和电磁阀向所述预混单元中添加预处理剂和或冲洗水。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述定量添加单元的冲洗水通过收集单元后进入所述预混单元。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述预混单元还设有第二液位监测传感器、预混容器;所述第二液位监测传感器用于监测所述预混容器内尿液的液位，并将监测结果发送给所述控制单元。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述预混单元还设有电机、搅拌装置，所述电机用于带动搅拌装置搅拌预混容器内的液体。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述存储单元还设有第三液位监测传感器、尿液废水储箱、输出泵;所述第三液位监测传感器用于监测所述尿液废水储箱内尿液废水的液位;所述控制单元还用于控制所述输出泵将所述尿液废水储箱内的尿液废水泵出。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述控制单元根据所述预混单元内尿液的液位和尿液废水的预设配置比例，控制所述定量添加单元的定量泵和电磁阀向所述预混单元中添加预处理剂和或冲洗水。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述控制单元还设有用于数据显示和与用户进行数据交互的显示屏，所述控制单元能够根据用户要求设置尿液废水的预设配置比例。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述控制单元还设有用于报警的报警装置，当所述定量添加单元和或所述存储单元出现异常时，所述控制单元的报警装置报警。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述控制单元还设有与用户进行数据交互的送短信收发模块，当送短信收发模块收到用户发送的尿液废水的预设配置比例后，所述控制单元能够根据尿液废水的预设配置比例。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述尿液废水的预设配置比例为以下质量百分含量的组份：
尿液70.5%～71.0%、预处理剂1.0%～1.5%、其余为冲洗水。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，还包括可移动机柜，所述收集单元、定量添加单元、预混单元、存储单元、控制单元均安装在可移动机柜上。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，还包括供电单元，所述供电单元用于为所述收集单元、控制单元、定量添加单元、预混单元、存储单元供电。
上述空间站尿液废水模拟配置设备，所述供电单元包括但不限于电池或者外接电源。
一种空间站尿液废水配置方法，采用尿液、预处理剂、水进行混合配置，所述空间站尿液废水包括以下质量百分含量的组份：
尿液70.5%～71.0%、预处理剂1.0%～1.5%、其余为水。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明实现了尿液的自动收集、液位的自动识别、预处理剂及冲洗水的自动和定量添加及主动混合、尿液废水的自动存储等功能，全程无需人工参与，解决了太空新型尿液废水处理技术研究所需的尿液废水配置及供应问题，自动化程度高，克服了现有人工方式效率低、工作量大的缺陷。
(2)可对每次航天员的尿液进行实时配置，尿液收集后立刻添加预处理剂及冲洗水，保证了预处理剂对尿液的处理效果，为后端尿液废水处理技术的研究试验及结果评估的准确性提供保证。
(3)安装了触摸显示屏，可实时显示设备运行流程、各箱体空满状态及报警点信息等，并可通过触摸完成设备参数输入和设定，实现人机交互;
(4)集成了短信收发模块，使得一名测试人员可及时获取放置于不同位置的多台设备信息，同时可通过短信指令远程控制设备运行状态，极大地提高了收集和配置效率，降低了人力成本。
(5)模拟了空间站上尿液废水配置流程，通过长时间使用和运行，对该配置技术进行充分的地面试验和验证，确保流程设置合理性及可靠性。
