摘要：微生物法处理空间站废水是未来空间站水回收管理系统的发展方向之一,为了探究生化法对空间站废水的处理效果,设计并搭建了一套MABR反应器,以出水COD、NH_(4)^(+)-N和TN等作为主要考察指标,并结合NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N等指标对反应器的处理效果进行评估和分析。试验对比了不同曝气压力、不同断面流速下反应器的处理效能,从而找出各因素对反应器处理效果的影响规律,然后在一定条件对空间站模拟废水进行处理。结果表明:反应器启动后具有同步硝化反硝化功能;当处理市政污水时,设定曝气压力为0.015 MPa,断面流速为2.5 mm/s,HRT为24 h,COD、NH_(4)^(+)-N和TN去除率分别达到99.9%、97.8%和86.69%;当处理空间站模拟废水(稀释10%)时,补充碳源150 mg/L(葡萄糖),曝气压力为0.02 MPa,断面流速为2.5 mm/s,HRT为24 h,COD、NH_(4)^(+)-N和TN去除率分别达到93.11%、70.01%、49.05%。

摘要：针对载人航天环控生保系统尿处理残液进一步处理处置难度大的问题,开发了间接加热气扫式双膜蒸馏技术,以完成尿残液中的水分回收和减量化处理,考察不同膜组合、吹扫气体条件(温度、湿度和流量)等对蒸馏速率的影响,并探究了双膜蒸馏过程和膜污染情况。结果表明,质子膜对双膜组合蒸馏速率影响大于疏水膜,试验获得较优的吹扫气体条件为30℃,30%RH;双膜蒸馏能去除尿残液中99%以上的无机盐和有机物,吹扫气体质量和回收冷凝水水质良好;随着蒸馏过程的进行,尿残液中的无机盐和有机物在材料表面结晶、沉积,尿残液水分回收过程分为快速蒸馏和慢速蒸馏2个阶段。在此基础上,完成了尿残液双膜蒸馏在轨验证与应用的技术流程设计。

摘要：受控生态生保系统中生活废水污染强度大,生物转化后回用于植物培养是废水资源化的有效途径,但面临氮素稳定转化难、碱度消耗较大的问题。以BF-MBR工艺(生物膜耦合膜生物工艺,biofilm-membrane bioreactor)为研究对象,研究了不同pH条件下的好氧硝化性能及硝化动力学,并考察了硝化过程的碱度消耗情况。结果表明,在pH=6.0~7.2内,好氧生物反应器均能获得良好的氨氧化效果,而在pH=6.0~6.5的条件下更有利于全程硝化的维持;氨氧化速率随pH的增加而增大,而亚硝氧化速率在pH 6.6时达到最高;酸性条件下的碱度消耗量远低于碱性条件,而氢氧化钾作为碱液时的消耗量比碳酸氢钾低3.28 g·g^(-1)。从物料损耗和工艺处理效果综合考虑,硝化系统中最佳的pH可调控在6.4~6.5,此时全程硝化率可达97.8%。以上研究结果可为受控生态生保系统中生活废水处理系统的设计和运行提供参考。

摘要：针对受控生态生保系统(CELSS)中生活废水(含卫生废水和尿液废水)的水质特点,采用厌氧、好氧两级MBfR工艺,完成CELSS特征性生活废水的微生物转化处理,以达到循环回用作植物营养液的水质要求。本文研究了水力停留时间(HRT)、尿液强度对该工艺有机物去除及氮素转换效率的影响。试验结果表明,当HRT≥1 d时,HRT对该系统TOC的去除效率无明显影响,其去除效率大于90%,出水TOC的浓度低于15 mg/L;HRT=1 d时,好氧反应器全程硝化能力达到最高,其容积负荷为0.418 kg N/(m^3·d);而HRT≥2 d时,能获得相对更为稳定的氮素转换效率。工艺系统最高能处理1/5尿液强度的生活废水,该条件下,系统TOC的去除率达94.3%,出水TOC浓度低于20 mg/L;系统氮素的全程硝化效率为90.6%,且反应器容积负荷较高为0.409 kg N/(m^3·d)。本文构建的两级MBfR工艺能较好地实现CELSS中特征性生活废水的有机物去除和氮素的有效转换,研究结果可为CELSS中生活废水微生物处理系统的设计和运行提供参考。

摘要：目的针对载人航天任务过程中尿液废水的特点,研发无害化、资源化的微生物处理方法,探索厌氧微生物处理尿液废水的基本规律。方法设计并构建序批式厌氧微生物处理试验系统,进行厌氧微生物处理尿液废水驯化实验,考察有机氮和有机碳(organic carbon,TOC)的转化过程。结果 86 d的驯化运行试验表明,厌氧系统中尿素水解能力、TOC降解能力分别在8天和14天内达到最高水平;稳定运行期有机氮的氨化过程在4 h之内完成,转化率达到95%以上;而TOC的降解过程则一直持续到9 h,出水TOC小于20 mg/L,去除率超过90%。结论构建厌氧系统能快速完成对1/10浓度模拟尿液废水的驯化处理,所得结果可为尿液废水微生物处理系统厌氧单元的设计提供依据。

摘要：目的针对再生式生命保障系统中尿液废水处理与回用的需求,初步建立用于尿液废水处理的好氧微生物工艺系统。方法设计并构建序批式好氧微生物处理试验系统,进行驯化实验,考察有机碳(TOC)和有机氮的转化过程。结果 86 d的驯化运行试验表明,系统中TOC降解、有机氮的氨化以及硝化等性能均在23 d内达到最佳水平,且系统对短期供氧故障具有良好的自我恢复能力;稳定运行期TOC的降解过程在3 h之内完成,出水TOC稳定低于10 mg/L,有机氮的氨化过程以及硝化过程持续进行至9 h;系统平均TOC去除率97.3%,平均有机氮氨化率96.5%,平均硝化率59.8%。结论构建好氧系统能较好地完成对1∶10浓度模拟尿液废水的驯化处理,所得结果可为尿液废水微生物处理系统好氧单元的设计提供依据。

摘要：目的设计并验证满足受控生态生保系统集成试验中大气、水以及食物循环需求的植物部件,探索多种高等植物高效生产模式,评估植物连续生产能力。方法以人的营养需求为基础,设计植物栽培面积及种类;通过2人30天CELSS试验平台筛选出适应密闭环境的植物种类,在"绿航星际"-4人180天CELSS集成试验中对植物的生长及生产能力进行验证。结果筛选出25种适应CELSS的植物并优化了栽培条件,评估和比较了不同类植物的生产能力及收获指数,部分粮食及油料作物产量未达预期。结论设计并验证了植物部件在CELSS中的长期运行能力,证明平衡阶段195.36m2可以满足该系统中乘员55%的食物需求,其中28.5m2的种植面积可以完全满足4人对新鲜蔬果的需求。

摘要：目的面向星球基地生命保障系统的工程应用需求,探索物化再生生保与生物再生生保技术的整合方法,考察多乘员、中长期受控生态生保系统运行规律。方法设计并建成具备环境控制、物质循环以及应急生保功能的大型密闭生态循环系统试验平台,并通过拟人试验(40 d)与载人试验(180 d)的流程设计,量化考核物质循环从物化再生逐渐过渡到生物再生并维持平衡的协同匹配规律。结果 220 d的全封闭试验期间,密闭系统内环境参数控制在安全水平,基本实现人和植物生存环境的独立有效控制;载人试验期间物质流循环总体平稳,实现大气和水的100%再生,食物闭合度达到55%,同时可资源化固废回用率达到87.7%。结论验证了受控生态生保系统全流程构建模式,积累了建设和运行经验,为后续工程化应用研究提供了借鉴和参考。