专利名称：高新空间生保系统尿液废水处理装置及技术
技术领域：
本发明涉及一种空间生保系统尿液废水处理装置及方法，属于水处理技术领域。
背景技术：
在空间废水处理中，由于尿液废水中的有机酸、尿素和盐的含量都很高，约占5%， 以及处理过程中尿素是极易分解的非离子污染物，因此尿液废水处理是处理难度最大的。 目前，世界各国处理尿液废水的方式主要为物理化学方式，主要包括蒸汽压缩蒸馏法、热电 集成膜蒸发法和高级氧化法。蒸汽压缩蒸馏法(Vapor Compression Distillation，VCD)，该方法通过蒸汽压缩 蒸馏装置实现，所述装置包括蒸发和冷凝两个部分，通过对蒸汽的压缩提高饱和温度，再将 产生的过热冷凝传到与蒸发器相接处的金属表面，进而传递给另一侧的尿液废水，尿液废 水在在温度21 35°C，压力4. SkPa的内转鼓内蒸发。蒸汽压缩蒸溜装置的核心部件是两 个同轴转鼓，转鼓旋转时产生的离心力维持气液界面蒸汽经压缩机压缩，进入内、外转鼓的 夹层冷凝，凝结潜热在饱和温差的驱动下，经0. 089cm厚的鼓壁传至内转鼓，为等量水的蒸 发提供热量。蒸汽压缩蒸馏法及其装置存在的缺陷是所使用的蒸汽压缩蒸馏装置运动部 件较多，可靠性有待提高。热电集成膜蒸发法，该方法通过热电集成膜蒸发装置实现，所述装置的核心部件 是膜蒸发器和热电热泵，中空纤维膜管束维持气液界面，热泵的热端与尿加热器相连，冷端 与多孔冷凝板相连。尿液被预热到65. 6°C后进入蒸发器，在膜两侧组份的蒸汽分压差作用 下，水在膜的外表面蒸发，蒸汽在冷凝板冷凝，凝结潜热由热泵冷端传至热端，可回收约2/3 的凝结潜热。热电集成膜蒸发法及其装置存在的缺陷是出水水质较差，且大部分潜热都损 失掉了，能耗高。高级氧化法，该方法能将尿液废水中的有机杂质和大分子彻底氧化成无害的小分 子，从根本上改善出水水质。高级氧化法主要有气相催化除氨法和超临界水氧化法。气相 催化除氨法(Vapor Phase Catalytic Ammonia Removal, VPCAR)是在高温下，将尿液中随 着水蒸气蒸发出来的氨和挥发性碳氢化合物等杂质催化氧化成无害的气体产物。气相催 化除氨法存在的缺陷是耗氧量大和散热量大。超临界水氧化法(Supercritical Water Oxidation, SCwo)利用了水在超临界状态下可溶解有机物和部分气体的特性，在高温、高压 和有催化剂的条件下，将水中有机物均相氧化成C02，吐0和队等无害的小分子。超临界水 氧化法及其设备存在的缺陷是安全性差、设备易腐蚀、反应器易堵塞、能耗较高和耗氧量 大。生物再生式生命保障系统，是利用生物部件提供食物、水、氧气的持续供应以满足 长期的空间飞行和地外星球探测飞行中航天员的需要的系统，对于生物再生式生命保障系 统而言，从食物生产、气体循环、废物处理都需要采用可持续方法，在长期的飞行中，水的回 收利用具有重要意义，其中尿液废水的处理是目前各个航天大国研究的热点。现有处理尿 液废水的物理化学方法均需消耗一定的材料，不能有效回收利用尿液中的营养物质。
为了解决物理化学方式处理尿液废水不能有效回收利用尿液中的营养物质、能耗 高和安全性差等问题，世界各国开始利用生物法来处理尿液废水，其中，马歇尔空间飞行中 心(MSFC)的尿素酶生物反应器最有代表性。使用尿素酶生物反应器处理尿液废水的整个 工艺流程包含5个反应床，在尿素酶生物反应器内，尿素酶被吸附到离子交换树脂上，尿 素经尿素酶催化水解，生成CO2和NH3,以及NH4+、C032_和HC03_等离子产物，所述离子产物经 多级离子交换介质去除。尿素酶生物反应器在环境温度下运行，处于理想的活塞流状态，性 能稳定、能耗少。但是，尿素酶生物反应器存在以下缺陷由于尿素酶的活性受碘浓度、PH 值和温度的限制，需对尿液废水进行调整PH值、除碘和除盐等多项预处理，此外，尿素酶生 物反应器能承受的尿素最大质量浓度低，为120 310 μ g/L，因此需要对欲处理的尿液废 水进行高倍稀释。
发明内容
针对上述背景技术中涉及的尿液废水处理方法及装置的缺陷，本发明的目的之一 是提供一种空间生保系统尿液废水处理装置；本发明的目的之二是提供一种空间生保系统 尿液废水处理方法；本发明的目的之三是提供一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化方 法；本发明的目的之四是提供一种处理尿液废水用的微生物。本发明一种空间生保系统尿 液废水处理装置及方法采用复合微生物技术处理尿液废水，既可以回收氮素以循环利用， 如作为植物的营养物质使用，又可以在耗能较少的条件下去除尿液废水中的大部分有机 物，使尿液废水经处理后的出水水质达到国家二级标准以上，有效与生物再生式生命保障 系统整合。本发明的技术方案如下一种空间生保系统尿液废水处理装置，所述装置包括反应系统、分析检测系统和 过程控制系统；其中，反应系统包括硝化反应器、脱氮反应器、尿液储罐、供气装置、硝态氮 废水回收器和反渗透装置；分析检测系统包括分析检测系统A和分析检测系统B，分析检测 系统A中包括pH传感器A、溶氧传感器A和温度传感器A，分析检测系统B中包括pH传感 器B、溶氧传感器B和温度传感器B;过程控制系统包括排气阀A、排气阀B、气体流量计、泵、 自动控制阀A、自动控制阀B、加热套A、加热套B、酸碱添加器A和酸碱添加器B ；其中，硝化 反应器内设有混合装置A，硝化反应器底部设有曝气装置，脱氮反应器内设置混合装置B。所述硝化反应器的进水口位于其上部，出水口位于其下部，硝化反应器内设置混 合装置A，在硝化反应器底部设有曝气装置，硝化反应器内部安装有分析检测系统A，外部 安装有加热套A，硝化反应器顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀A，硝化反应器顶部通 过管路与酸碱添加A连接。所述脱氮反应器的进水口位于其上部，出水口位于其下部，脱氮 反应器内设置混合装置B，脱氮反应器内部安装有分析检测系统B，外部安装有加热套B ；脱 氮反应器顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀B，脱氮反应器顶部通过管路与酸碱添加器 B连接。硝化反应器和脱氮反应器内分别接种有微生物。尿液储罐通过管路与硝化反应器进水口连接，硝化反应器出水口通过管路与硝态 氮废水回收器进水口连接，硝态氮废水回收器的一个出水口通过管路与脱氮反应器进水口 连接，另一个出水口与外界连通，脱氮反应器出水口通过管路与反渗透装置进水口连接，反 渗透装置出水口与外界连通，供气装置通过管路与硝化反应器底部的曝气装置连接。其中，尿液储罐与硝化反应器进水口连接的管路上设有泵，硝化反应器出水口与硝态氮废水回收 器进水口连接的管路上设有自动控制阀A，脱氮反应器出水口与反渗透装置进水口连接的 管路上设有自动控制阀B，供气装置与硝化反应器底部曝气装置连接的管路上设有气体流量计。在硝化反应器的排气阀A上设有气液分离装置A，气液分离装置A —端与排气阀 A相连，另一端与硝化反应器连通；在脱氮反应器的排气阀B上设有气液分离装置B，气液分 离装置B —端与排气阀B相连，另一端与脱氮反应器连通；硝化反应器中设有压力传感器 A，脱氮反应器中设有压力传感器B ；混合装置A和混合装置B分别独立为搅拌反应器、流化 床反应器或固定床反应器；硝化反应器和脱氮反应器中装填有生物填料。本发明所一种空间生保系统尿液废水处理装置的过程控制系统和分析检测系统 相连，分析检测系统检测得到的数据，如PH、溶氧浓度和温度通过信号反馈给过程控制系 统，使过程控制系统作出相应的操作。所述一种空间生保系统尿液废水处理装置的工作过程如下尿液废水经水10倍以上稀释后，由泵通过管路泵入硝化反应器中，空气或氧气通 过供气装置进入硝化反应器底部的曝气装置向硝化反应器内提供氧气，经硝化反应器中的 微生物处理后得到硝化处理后的硝态氮废水；硝态氮废水由硝化反应器出水口排到硝态氮 废水回收器中，硝态氮废水的一部分通过硝态氮废水回收器与外界连通的出水口排出后收 集以循环利用，如作为植物的营养液，硝态氮废水的另一部分进入脱氮反应器；在脱氮反应 器中，硝态氮废水经脱氮反应器中的微生物处理后得到脱氮处理后的尿液废水，脱氮处理 后的尿液废水从脱氮反应器中排出进入反渗透装置进行处理后即为回收利用水。在所述工作过程中，硝化反应器和脱氮反应器中的微生物处理尿液废水时的pH、 溶解氧浓度和温度等反应条件根据硝化反应器和脱氮反应器中接种的微生物具体所需条 件确定；其中，PH值由pH传感器检测，如pH值超出所确定的范围，则通过信号反馈给过程 控制系统以控制酸碱添加器加入适量的酸或碱，将PH值调整至规定范围内；溶解氧浓度由 溶氧传感器检测，如溶解氧浓度超出所确定的范围，则通过信号反馈给过程控制系统以控 制气体流量计增加入或减少供气量；温度由温度传感器检测，如温度低于所确定的范围， 则通过信号反馈给过程控制系统以控制加热套进行加热，混合装置使微生物与尿液废水均 勻混合。与硝化反应器排气阀A连通的气液分离装置A可使硝化反应器排出的气体中的气 液分离，液体回到硝化反应器中，气体排出；与脱氮反应器排气阀B连通的气液分离装置B 可使脱氮反应器排出的气体中的气液分离，液体回到脱氮反应器中，气体排出；当对硝化反 应器和脱氮反应器中的压力有要求时，压力达到设定值时由压力传感器检测到并通过信号 反馈给过程控制系统以控制排气阀A、排气阀B放气；硝化反应器装填的生物填料，有利于 其中微生物附着生长，提高处理效果；脱氮反应器中装填生物填料，有利于其中微生物附着 生长，提高处理效果。一种空间生保系统尿液废水处理方法，所述方法使用的装置为本发明所述的一种 空间生保系统尿液废水处理装置，具体步骤如下(1)尿液废水经水稀释10倍以上后，泵入硝化反应器中；(2)空气或氧气通过供气装置进入硝化反应器底部的曝气装置向硝化反应器内提供氧气，经硝化反应器中的微生物处理后得到硝化处理后的硝态氮废水；(3)所述硝态氮废水由硝化反应器排到硝态氮废水回收器中，一部分硝态氮废水 通过硝态氮废水回收器与外界连通的出水口排出后收集以循环利用，另一部分硝态氮废水 进入脱氮反应器；(4)在脱氮反应器中，硝态氮废水经脱氮反应器中的微生物处理后得到脱氮处理 后的尿液废水；(5)将脱氮处理后的尿液废水从脱氮反应器中排入反渗透装置进行处理后即为回 收利用水。在所述工作过程中，硝化反应器和脱氮反应器中的微生物处理尿液废水时的pH、 溶解氧浓度和温度等反应条件根据硝化反应器和脱氮反应器中所接种的微生物所需条件 确定；其中，PH值由pH传感器检测，如检测到pH值超出所规定的范围，则通过信号反馈给 过程控制系统以控制酸碱添加器加入适量的酸或碱，将PH值调整至规定范围内；溶解氧浓 度由溶氧传感器检测，如检测到溶解氧浓度超出所确定的范围，则通过信号反馈给过程控 制系统以控制气体流量计增加入或减少供气量；温度由温度传感器检测，如检测到温度低 于所确定的范围，则通过信号反馈给过程控制系统以控制加热套进行加热。混合装置使微 生物与尿液废水均勻混合。硝化反应器中的微生物处理尿液废水的时间根据具体所使用的微生物种类、世代 及浓度等条件有关，需根据具体要求通过实验进行确定。脱氮反应器中的微生物处理硝态 氮废水的时间根据具体所使用的微生物种类、世代及浓度等条件有关，根据具体要求通过 实验进行确定。优选硝化反应器中的反应条件为pH 7. 0 8. 5，溶解氧浓度2. 0 4. Omg/L，温 度25 30°C ；脱氮反应器中反应条件为pH 7. O 9. 0，溶解氧浓度0. 5mg/L以下，温度 28 35°C ；当所述混合装置A和混合装置B为搅拌反应器时，搅拌转速为10 20rpm。一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化方法，所述方法具体步骤如下(1)将好氧活性污泥置于pH 7. O 8. 5，溶解氧浓度2. O 4. Omg/L,温度25 30°C条件下，通入用水稀释50倍后的尿液废水，不断减小尿液废水稀释倍数，直至减小到 稀释10倍后的尿液废水，对好氧活性污泥中的微生物进行富集驯化，当硝态氮转化率，即 经好氧活性污泥中的微生物处理后排出的废水中硝态氮与通入尿液废水中总氮的比值达 到95%以上时，好氧活性污泥中的微生物富集驯化完毕；(2)将好氧活性污泥中微生物处理后的废水通入置于pH 7. O 9. 0，溶解氧浓度 小于0. 5mg/L，温度 35°C条件下的厌氧活性污泥中，当总氮去除率，即经厌氧活性污 泥中的微生物处理后排出的水中去除的总氮与尿液废水中总氮的比值达到86%以上时，厌 氧活性污泥中的微生物富集驯化完毕，本发明一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化完 毕。所述富集驯化方法的步骤(1)和( 可以分开进行或是连续进行。优选来自生活污水处理厂的好氧及厌氧活性污泥中的微生物进行富集驯化。一种处理尿液废水用的微生物，所述微生物为通过所述一种处理尿液废水用的微 生物的富集驯化方法得到的微生物，所述方法具体步骤如下(1)将好氧活性污泥置于pH 7. 0 8. 5，溶解氧浓度2. 0 4. Omg/L,温度25 30°C条件下，通入用水稀释50倍后的尿液废水，不断减小尿液废水稀释倍数，直至减小到 稀释10倍后的尿液废水，对好氧活性污泥中的微生物进行富集驯化，当硝态氮转化率，即 经好氧活性污泥中的微生物处理后排出的废水中硝态氮与通入尿液废水中总氮的比值达 到95%以上时，好氧活性污泥中的微生物富集驯化完毕；(2)将好氧活性污泥中微生物处理后的废水通入置于pH 7. 0 9. 0，溶解氧浓度 小于0. 5mg/L，温度 35°C条件下的厌氧活性污泥中，当总氮去除率，即经厌氧活性污 泥中的微生物处理后排出的水中去除的总氮与尿液废水中总氮的比值达到86%以上时，厌 氧活性污泥中的微生物富集驯化完毕，本发明一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化完 毕。所述富集驯化方法的步骤(1)和( 可以分开进行或是连续进行。优选来自生活污水处理厂的好氧及厌氧活性污泥中的微生物进行富集驯化。其中好氧活性污泥中富集驯化得到的微生物主要为好氧硝化细菌，包括亚硝化单 胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化叶菌属、硝化杆菌属、硝化刺菌属、硝化螺菌 属、硝化球菌属的一些细菌；厌氧活性污泥中富集驯化得到的微生物主要为厌氧反硝化细 菌，包括假单胞菌属的一些细菌、脱氮副球菌、胶德克斯氏菌、产碱菌属的几种细菌、色杆菌 属、脱氮硫杆菌等。有益效果1.本发明主要利用微生物处理尿液废水，只需提供氧气，不需要额外消耗其它材 料，可以在耗能较少的条件下清除尿液中的有机物，使尿液废水得以循环利用，处理周期 短，安全性高，效果好，是在空间废水的理想处理方法；2.本发明可以处理高浓度尿液废水，能承受的尿素最大质量浓度高，只需对尿液 进行低至10倍的稀释，不需要高倍稀释，不需要进行其他预处理，其他生物处理法需要稀 释尿液的倍数均高于本发明；3.本发明将好氧硝化反应置于硝化反应器中进行，将厌氧反硝化反应置于脱氮反 应器中进行，硝化反应器和脱氮反应器彼此独立，可以将硝化反应器处理后得到的硝态氮 废水进行回收，循环利用；同时又将硝化器和脱氮反应器结合在一个装置中，可使硝化反应 器处理后硝态氮废水直接进入脱氮反应器对尿液废水进行连续处理；4.本发明使用复合微生物对尿液废水进行处理，可直接将尿液废水中的尿素转化 为硝酸态氮，同时还可以将氮素转化成氮气排放，可实现氮素有效回收，循环利用，可以有 效与生物再生式生命保障系统整合；5.本发明可将尿液废水中95%以上的尿素转化成硝态氮，同时可去除92%的有 机物，硝态氮90%以上被转化为队排出，同时可去除96%的有机物，出水水质较高，可达到 国家二级标准以上；6.本发明在硝化反应器和脱氮反应器中设置混合装置，在处理时可以控制微生物 与尿液废水混合，提高处理效率；7.本发明的气液分离装置可使排出气体中的气液分离，液体回到硝化反应器和脱 氮反应器中，气体排出，提高处理效率；8.本发明设有压力传感器，当对硝化反应器和脱氮反应器中的压力有要求时，压 力达到设定值后由压力传感器检测到并通过信号反馈给过程控制系统以控制排气阀放气，拓宽了使用环境，使本发明在空间无重力条件下也能够使用；9.本发明的硝化反应器和脱氮反应器中装填的生物填料有利于微生物附着生长， 提高处理效果；10.本发明的硝化反应器和脱氮反应器中的各个优选反应条件有利于相关微生物 进行硝化反应和脱氮反应处理尿液废水；11.本发明一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化方法简便易行，成本低廉，原 料来源广泛；12.使用本发明一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化方法富集驯化得到的微 生物适于处理尿液废水，处理废水效率高。
图1为本发明一种空间生保系统尿液废水处理装置示意中，1-硝化反应器，2-脱氮反应器，3-尿液储罐，4-供气装置，5-硝态氮废水回 收器，6-反渗透装置，7-系统出水储罐，8-分析检测系统A，9-排气阀A，10-气液分离装置 A，11-气体流量计，12-泵，13-自动控制阀A，14-加热套A，15-酸碱添加器A，16-曝气装 置，17-混合装置A，18-电动机A，19-分析检测系统B，20-排气阀B，21-气液分离装置B， 22-自动控制阀B，23-加热套B，24-酸碱添加器B，25-混合装置B，26-电动机B。
具体实施例方式为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。本实施例中，所述供气装置4为气泵，泵12为蠕动泵，自动控制阀A 13为电磁阀 A，自动控制阀B 22为电磁阀B，曝气装置16为微孔曝气头，混合装置A 17为搅拌器A，混 合装置B 25为搅拌器B。一种空间生保系统尿液废水处理装置，如图1所示，所述装置包括反应系统、分析 检测系统和过程控制系统；其中，反应系统包括硝化反应器1、脱氮反应器2、尿液储罐3、供 气装置4、硝态氮废水回收器5和反渗透装置6 ；分析检测系统由分析检测系统A 8和分析 检测系统B 19组成，其中分析检测系统A 8由pH传感器A、溶氧传感器A和温度传感器A 组成，分析检测系统B 19由pH传感器B、溶氧传感器B和温度传感器B组成；过程控制系 统包括排气阀A 9、排气阀B 20、气液分离装置A 10、气液分离装置B 21、气体流量计11、 泵12、自动控制阀A 13、自动控制阀B 22、加热套A 14、加热套B 23、酸碱添加器A15、酸碱 添加器B 24;其中，硝化反应器1内设混合装置A 17，混合装置A 17与硝化反应器1外的 电动机A 18连接，在硝化反应器1底部设有曝气装置16，脱氮反应器2内设置混合装置B 25，混合装置B 25与脱氮反应器2外的电动机B沈连接。所述硝化反应器1的进水口位于其上部，出水口位于其下部，硝化反应器1内设 置混合装置A 17，混合装置A 17与硝化反应器1外的电动机A 18连接，在硝化反应器1底 部设有曝气装置16，硝化反应器1内部安装有分析检测系统A 8，外部安装有加热套A 14 ； 硝化反应器1顶部有出气孔，出气孔通过管路与其上方的排气阀A 9连接，排气阀A 9通过 管路与其上方的气液分离装置A 10—端连接，气液分离装置A 10另一端通过管路与硝化 反应器1连接，硝化反应器1顶部通过管路与酸碱添加器A 15连接；所述脱氮反应器2的进水口位于其上部，出水口位于其下部，脱氮反应器2内设置混合装置B 25，混合装置B 25 与脱氮反应器2外的电动机B沈连接，脱氮反应器2内部安装有分析检测系统B 19，外部 安装有加热套B 23;脱氮反应器2顶部有出气孔，出气孔通过管路与其上方的排气阀B 20 连接，在排气阀B 20通过管路与其上方的气液分离装置B 21—端连接，气液分离装置B 21 另一端通过管路与脱氮反应器2连接，脱氮反应器2顶部通过管路与酸碱添加器B M连 接。尿液储罐3通过管路与硝化反应器1进水口连接，硝化反应器1出水口通过管路 与硝态氮废水回收器5进水口连接，硝态氮废水回收器5的一个出水口通过管路与脱氮反 应器2进水口连接，另一个出水口与外界连通，脱氮反应器2出水口通过管路与反渗透装置 6进水口连接，反渗透装置6出水口通过管路与系统出水储罐7连通，供气装置4通过管路 与硝化反应器1底部的曝气装置16连接。其中，尿液储罐3与硝化反应器1进水口连接的 管路上设有泵12，硝化反应器1出水口与硝态氮废水回收器5进水口连接的管路上设有自 动控制阀A13，脱氮反应器2出水口与反渗透装置6进水口连接的管路上设有自动控制阀 B22，供气装置4与硝化反应器1底部的曝气装置16连接的管路上设有气体流量计11。本发明所述装置的过程控制系统和分析检测系统相连，分析检测系统检测得到 的PH、溶氧浓度和温度的数据通过信号反馈给过程控制系统，使过程控制系统作出相应的 操作，析检测单元、过程控制单元所需电力由所述装置外部的配电单元供给。所述硝化反应器1和脱氮反应器2中分别接种有微生物，所述微生物为取自清河 污水处理厂的好氧活性污泥和厌氧活性污泥中的微生物，经过富集驯化后得到本实施例中 硝化反应器1和脱氮反应器2中处理尿液废水的微生物，所述富集驯化方法如下在硝化反 应器1中放置取自清河污水处理厂的好氧活性污泥，浓度为2000mg/L，在脱氮反应器2内 放置取自清河污水处理厂的厌氧活性污泥，浓度为2000mg/L，硝化反应器1中控制反应条 件为pH 7. 0 8. 5，溶解氧浓度2. 0 4. Omg/L，温度25 30°C ；脱氮反应器2中控制反 应条件为PH 7. 0 9. 0，溶解氧浓度小于0. 5mg/L，温度 35 ；硝化反应器1和脱氮反 应器2中填装有生物填料，所述生物填料为宜兴市仁源环保填料有限公司生产的流化床填 料；搅拌转速10 20rpm，每隔M小时通入一次尿液废水，一开始通入20L用水稀释50倍 后的尿液废水，逐渐减低尿液废水稀释倍数，直至减小到20L稀释10倍后的尿液废水，每次 降低稀释倍数，都要等出水质量稳定后再进一步降低稀释倍数，当硝态氮转化率，即通过好 氧活性污泥后排出废水中硝态氮与通入尿液废水中总氮的比值达到97%，总氮去除率，即 经厌氧活性污泥中的微生物处理后排出的水中去除的总氮与尿液废水去除的总氮比值达 到92%时，富集驯化结束，整个过程历时60天。硝化反应器1中里的微生物主要为好氧硝 化细菌，包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化叶菌属、硝化杆菌属、 硝化刺菌属、硝化螺菌属、硝化球菌属的一些细菌；脱氮反应器2里的微生物主要为厌氧反 硝化细菌，包括假单胞菌属的一些细菌、脱氮副球菌、胶德克斯氏菌、产碱菌属的几种细菌、 色杆菌属、脱氮硫杆菌等。利用本实施例中所述空间生保系统尿液废水处理装置，进行日处理量为2L的尿 液废水处理，具体方法步骤如下(1)将2L尿液废水稀释10倍后储在在尿液储罐3中，每隔M小时由泵12将尿液 废水入泵入硝化反应器1中一次；
(2)泵入硝化反应器1的尿液废水由硝化反应器1中的微生物进行处理，反应条 件如下pH为7. 0 8. 5，溶解氧浓度为2. 0 4. Omg/L，温度为25 V 30°C，搅拌转速为 10 20rpm，处理M小时后得到硝态氮废水；(2)将所述硝态氮废水由硝化反应器1排到硝态氮废水回收器5中，硝态氮废水的 一部分通过硝态氮废水回收器5与外界连通的出水口排出后收集以循环利用，硝态氮废水 的另一部分进入脱氮反应器2 ；(4)在脱氮反应器2中，硝态氮废水由脱氮反应器2中的微生物进行处理，反应条 件如下pH为7. 0 9. 0、溶解氧浓度为0. 5mg/L以下、温度为28 35°C，搅拌转速为10 20rpm，处理M小时后得到脱氮处理后的尿液废水；(5)脱氮处理后的尿液废水从脱氮反应器2中排出进入反渗透装置6进行处理后 即为回收利用水，收集在系统出水储罐7中。所述反渗透装置6为帕恩特反渗透仪，型号XYR0-10-H。处理前稀释10倍后尿液废水的水质尿素1500mg/L，氨氮276mg/L，总氮976mg/ L，COD值为581mg/L ；经过M小时处理后，硝化反应器1出水水质为尿素0. 03mg/L，氨氮 31. 78mg/L,总氮 969mg/L,亚硝态氮 9. 12mg/L,硝态氮 927. 23mg/L, COD 值为 46. 48mg/L ； 脱氮反应器2出水水质未检出尿素，氨氮20. 43mg/L,总氮41mg/L，亚硝态氮0. 25mg/L,硝 态氮19. 58mg/L, COD值为32. 06mg/L ；经反渗透仪装置6后的出水水质未检出尿素，氨氮 16. 2mg/L,总氮 31mg/L，亚硝态氮 0. 01mg/L,硝态氮 13. 2mg/L, COD 值为 27. 95 mg/L 水质达 到国家二级标准。本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等 同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于所述装置包括反应系统、分析 检测系统和过程控制系统；其中，反应系统包括硝化反应器(1)、脱氮反应器O)、尿液储罐 (3)、供气装置G)、硝态氮废水回收器( 和反渗透装置(6)；分析检测系统包括分析检测 系统A (8)和分析检测系统B (19)，分析检测系统A (8)中包括pH传感器A、溶氧传感器A和 温度传感器A，分析检测系统B (19)中包括pH传感器B、溶氧传感器B和温度传感器B ；过 程控制系统包括排气阀A(9)、排气阀B(20)、气体流量计(11)、泵(12)、自动控制阀A(13)、 自动控制阀B(22)、加热套A(14)、加热套B(23)、酸碱添加器A(15)和酸碱添加器B(M)；其 中，硝化反应器⑴内设有混合装置A (17)，硝化反应器⑴底部设有曝气装置(16)，脱氮 反应器O)内设置混合装置B 05)；所述硝化反应器(1)的进水口位于其上部，出水口位于其下部，硝化反应器(1)内设置 混合装置A(17)，在硝化反应器(1)底部设有曝气装置(16)，硝化反应器(1)内部安装有分 析检测系统A (8)，外部安装有加热套A (14)，硝化反应器(1)顶部有出气孔，出气孔上方装 有排气阀A (9)，硝化反应器(1)顶部通过管路与酸碱添加器A (1 连接；所述脱氮反应器 (2)的进水口位于其上部，出水口位于其下部，脱氮反应器O)内设置混合装置B(25)，脱 氮反应器O)内部安装有分析检测系统B(19)，外部安装有加热套W23)；脱氮反应器(2) 顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀B(20)，脱氮反应器( 顶部通过管路与酸碱添加器 B(24)连接；硝化反应器(1)和脱氮反应器O)内分别接种有微生物；尿液储罐C3)通过管路与硝化反应器(1)进水口连接，硝化反应器(1)出水口通过管 路与硝态氮废水回收器( 进水口连接，硝态氮废水回收器(5)的一个出水口通过管路与 脱氮反应器⑵进水口连接，另一个出水口与外界连通，脱氮反应器⑵出水口通过管路与 反渗透装置(6)进水口连接，反渗透装置(6)出水口与外界连通，供气装置(4)通过管路与 硝化反应器(1)底部的曝气装置(16)连接；其中，尿液储罐C3)与硝化反应器(1)进水口 连接的管路上设有泵(12)，硝化反应器(1)出水口与硝态氮废水回收器( 进水口连接的 管路上设有自动控制阀A(13)，脱氮反应器(2)出水口与反渗透装置(6)进水口连接的管路 上设有自动控制阀B(22)，供气装置(4)与硝化反应器(1)底部曝气装置(16)连接的管路 上设有气体流量计(11)，所述混合装置A(17)和混合装置BOO分别独立为搅拌反应器、流 化床反应器或固定床反应器。
2.根据权利要求1所述的一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于在硝化 反应器(1)的排气阀A (9)上设有气液分离装置A (10)，气液分离装置A (10) —端与排气阀 A(9)相连，另一端与硝化反应器(1)连通；在脱氮反应器O)的排气上设有气液 分离装置B(21)，气液分离装置W21) —端与排气阀W20)相连，另一端与脱氮反应器(2) 连通。
3.根据权利要求1所述的一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于硝化反 应器(1)中设有压力传感器A，脱氮反应器O)中设有压力传感器B。
4.根据权利要求1所述的一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在于硝化反 应器(1)中装填有生物填料；脱氮反应器O)中装填有生物填料。
5.一种空间生保系统尿液废水处理方法，其特征在于所述方法具体步骤如下(1)尿液废水经水稀释10倍以上后，泵入硝化反应器(1)中；(2)空气或氧气通过供气装置(4)进入硝化反应器(1)底部的曝气装置(16)向硝化反应器(1)内提供氧气，经硝化反应器(1)中的微生物处理后得到硝化处理后的硝态氮废 水；(3)所述硝态氮废水由硝化反应器(1)排到硝态氮废水回收器( 中，一部分硝态氮废 水通过硝态氮废水回收器( 与外界连通的出水口排出后收集以循环利用，另一部分硝态 氮废水进入脱氮反应器O)；(4)在脱氮反应器( 中，硝态氮废水经脱氮反应器( 中的微生物处理后得到脱氮处 理后的尿液废水；(5)将脱氮处理后的尿液废水从脱氮反应器O)中排入反渗透装置(6)进行处理后即 为回收利用水；所述方法使用的装置为本发明所述的一种空间生保系统尿液废水处理装置，其特征在 于所述装置包括反应系统、分析检测系统和过程控制系统；其中，反应系统包括硝化反应 器(1)、脱氮反应器( 、尿液储罐C3)、供气装置(4)、硝态氮废水回收器( 和反渗透装置 (6)；分析检测系统包括分析检测系统A (8)和分析检测系统B (19)，分析检测系统A (8)中 包括PH传感器A、溶氧传感器A和温度传感器A，分析检测系统B (19)中包括pH传感器B、 溶氧传感器B和温度传感器B ；过程控制系统包括排气阀A(9)、排气阀W20)、气体流量计 (11)、泵(12)、自动控制阀A(13)、自动控制阀B(22)、加热套A(14)、加热套W23)、酸碱添 加器A(15)和酸碱添加器W24)；其中，硝化反应器(1)内设有混合装置A(17)，硝化反应器 (1)底部设有曝气装置(16)，脱氮反应器O)内设置混合装置^25)；所述硝化反应器(1)的进水口位于其上部，出水口位于其下部，硝化反应器(1)内设置 混合装置A(17)，在硝化反应器(1)底部设有曝气装置(16)，硝化反应器(1)内部安装有 分析检测系统A (8)，外部安装有加热套A (14)，硝化反应器(1)顶部有出气孔，出气孔上方 装有排气阀A (9)，硝化反应器(1)顶部通过管路与酸碱添加器A (1 连接；所述脱氮反应 器(2)的进水口位于其上部，出水口位于其下部，脱氮反应器( 内设置混合装置B (25)，脱 氮反应器O)内部安装有分析检测系统B(19)，外部安装有加热套W23)；脱氮反应器(2) 顶部有出气孔，出气孔上方装有排气阀B(20)，脱氮反应器( 顶部通过管路与酸碱添加器 B(24)连接；硝化反应器(1)和脱氮反应器O)内分别接种有微生物；尿液储罐C3)通过管路与硝化反应器(1)进水口连接，硝化反应器(1)出水口通过管 路与硝态氮废水回收器( 进水口连接，硝态氮废水回收器(5)的一个出水口通过管路与 脱氮反应器( 进水口连接，另一个出水口与外界连通，脱氮反应器( 出水口通过管路与 反渗透装置(6)进水口连接，反渗透装置(6)出水口与外界连通，供气装置(4)通过管路与 硝化反应器(1)底部的曝气装置(16)连接；其中，尿液储罐C3)与硝化反应器(1)进水口 连接的管路上设有泵(12)，硝化反应器(1)出水口与硝态氮废水回收器( 进水口连接的 管路上设有自动控制阀A(13)，脱氮反应器(2)出水口与反渗透装置(6)进水口连接的管路 上设有自动控制阀B(22)，供气装置(4)与硝化反应器(1)底部曝气装置(16)连接的管路 上设有气体流量计(11)。
6.根据权利要求5所述的一种空间生保系统尿液废水处理方法，其特征在于硝化反 应器(1)中的反应条件为pH 7. 0 8. 5，溶解氧浓度2. 0 4. Omg/L，温度25 30°C ；脱 氮反应器O)中反应条件为pH 7. 0 9. 0，溶解氧浓度0. 5mg/L以下，温度28 35°C;硝 化反应器(1)和脱氮反应器O)中的搅拌转速为10 20rpm。
7.—种处理尿液废水用的微生物的富集驯化方法，其特征在于所述方法具体步骤如下(1)将好氧活性污泥置于PH7.0 8. 5，溶解氧浓度2. 0 4. Omg/L，温度25 30°C 条件下，通入用水稀释50倍后的尿液废水，不断减小尿液废水稀释倍数，直至减小到稀释 10倍后的尿液废水，对好氧活性污泥中的微生物进行富集驯化，当硝态氮转化率，即经好氧 活性污泥中的微生物处理后排出的废水中硝态氮与通入尿液废水中总氮的比值达到95% 以上时，好氧活性污泥中的微生物富集驯化完毕；(2)将好氧活性污泥中微生物处理后的废水通入置于pH7. 0 9. 0，溶解氧浓度小于 0. 5mg/L，温度28V 35°C条件下的厌氧活性污泥中，当总氮去除率，即经厌氧活性污泥中 的微生物处理后排出的水中去除的总氮与尿液废水中总氮的比值达到86%以上时，厌氧活 性污泥中的微生物富集驯化完毕，本发明一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化完毕。
8.根据权利要求7所述的一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化方法，其特征在 于用于富集驯化的微生物来自生活污水处理厂的好氧及厌氧活性污泥。
9.一种处理尿液废水用的微生物，其特征在于所述微生物为通过所述一种处理尿液 废水用的微生物的富集驯化方法得到的微生物，所述方法具体步骤如下(1)将好氧活性污泥置于PH7.0 8. 5，溶解氧浓度2. 0 4. Omg/L，温度25 30°C 条件下，通入用水稀释50倍后的尿液废水，不断减小尿液废水稀释倍数，直至减小到稀释 10倍后的尿液废水，对好氧活性污泥中的微生物进行富集驯化，当硝态氮转化率，即经好氧 活性污泥中的微生物处理后排出的废水中硝态氮与通入尿液废水中总氮的比值达到95% 以上时，好氧活性污泥中的微生物富集驯化完毕；(2)将好氧活性污泥中微生物处理后的废水通入置于pH7.0 9.0，溶解氧浓度小于 0. 5mg/L，温度 35°C条件下的厌氧活性污泥中，当总氮去除率，即经厌氧活性污泥中 的微生物处理后排出的水中去除的总氮与尿液废水中总氮的比值达到86%以上时，厌氧活 性污泥中的微生物富集驯化完毕，本发明一种处理尿液废水用的微生物的富集驯化完毕。
10.根据权利要求9所述的一种处理尿液废水用的微生物，其特征在于用于富集驯化 的微生物来自生活污水处理厂的好氧及厌氧活性污泥。
全文摘要
本发明涉及一种空间生保系统尿液废水处理装置及其方法，属于水处理技术领域。所述装置中尿液经稀释10倍以上通入硝化反应器，同时供气装置向硝化反应器供氧，废水经硝化反应器中的微生物处理后排入硝态氮废水回收器，部分回收利用，部分进入脱氮反应器，经脱氮反应器中微生物经一步处理后进入反渗透装置处理即得到处理后的水，在硝化反应器和脱氮反应器中分别设有混合装置混合微生物和废水，设有pH、溶氧和温度传感器以检测反应器中的反应条件，并通过排气阀、气体流量计、泵、自动控制阀、加热套和酸碱添加器对反应条件进行控制。所述装置和方法只需提供氧气，耗能少、处理尿液废水浓度高，可回收氮素，处理周期短，安全性高，效果好。
文档编号C02F9/14GK102134142SQ20111002951
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者朱彩云, 童延斌, 高海军, 黄旭权 申请人:北京理工大学
