申请日2017.12.21
公开(公告)日2018.11.02
IPC分类号C02F9/14
摘要
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，包括：初级过滤器;调节水箱，与初级过滤器通过管路连接;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;用于容纳好氧膜生物反应器排出的净化后水的出水水箱，与好氧膜生物反应器通过管路连接;本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置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与回用装置，其特征在于，包括：
用于对废水进行初级过滤的初级过滤器;
调节水箱，与初级过滤器通过管路连接;
用于培养厌氧微生物并使所述厌氧微生物对污水净化的厌氧膜生物反应器，与调节水箱通过管路连接;
用于对厌氧膜生物反应器排出水进行过滤的管式膜组件，与厌氧膜生物反应器通过管路连接;
用于培养好氧微生物并使所述好氧微生物对污水净化的好氧膜生物反应器，与管式膜组件通过管路连接;
用于容纳好氧膜生物反应器排出的净化后水的出水水箱，与好氧膜生物反应器通过管路连接。
2.如权利要求1所述的密闭生态系统废水处理与回用装置，其特征在于，还包括：
第一消毒单元、第二消毒单元，第一消毒单元、第二消毒单元分别设置于出水水箱的进水口与出水口。
3.如权利要求2所述的密闭生态系统废水处理与回用装置，其特征在于，还包括：
好氧膜生物反应器的污泥出口与厌氧膜生物反应器通过污泥管连接，所述污泥管上设置有污泥回流泵。
4.如权利要求3所述的密闭生态系统废水 处理与回用装置，其特征在于，还包括：
碱液储箱，所述碱液储箱通过碱液管与好氧膜生物反应器连接，所述碱液管上设置有加碱泵。
5.如权利要求4所述的密闭生态系统废水处理与回用装置，其特征在于，厌氧膜生物反应器和好氧膜生物反应器分别通过管道与气体净化单元连接，气体净化单元包含气水分离部分和气体吸附部分，厌氧膜生物反应器和好氧膜生物反应器分别通过管道连接气水分离部分，气水分离部分与调节水箱通过回水管连接，气水分离部分的出气口与气体吸附部分通过管路连接，气体吸附部分的出气口与系统排气管连接。
6.如权利要求5所述的密闭生态系统废水处理与回用装置，其特征在于，还包括：
好氧膜生物反应器内设置有两套曝气管路和平板膜组件，两套曝气管路分别与供氧风机和冲刷风机通过管路连接，供氧风机用于吸取空气为好氧微生物供氧，冲刷风机的进气口与气体净化单元通过管路连接，冲刷风机用于从气水分离装置后抽取系统排气对平板膜组件进行冲刷。
7.如权利要求6所述的密闭生态系统废水处理与回用装置，其特征在于，还包括控制系统，控制系统包括控制器、液位传感器、pH值传感器、ORP传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度传感器和TOC传感器，所述液位传感器、pH值传感器、ORP传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度传感器和TOC传感器分别设置于厌氧膜生物反应器、好氧膜生物反应器和出水水箱内，所述液位传感器、pH值传感器、ORP传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度传感器和TOC传感器通过变送器与控制器连接。
8.如权利要求7所述的密闭生态系统废水处理与回用装置，其特征在于，初级过滤器包括内层与外层，外层为不锈钢壳体，内层为可拆卸式不锈钢滤网，网孔直径2～4mm，内层与外层由短管连通。
9.如权利要求8所述的密闭生态系统废水处理与回用装置，其特征在于，所述管式膜组件为内压式超滤或微滤膜组件。
10.如权利要求9所述的密闭生态系统废水处理与回用装置，其特征在于，所述初级过滤器、调节水箱、厌氧膜生物反应器、好氧膜生物反应器、消毒单元、出水水箱、碱液储箱和气体净化单元均为密闭结构。
说明书
密闭生态系统废水处理与回用装置
技术领域
本实用新型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与回用装置。
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 forwater reclamation from humiditycondensate,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。GRIGORIEVA 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 WaterManagement andRecovery.proceedings ofthe 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。
实用新型内容
本实用新型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与回用装置。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，包括：
用于对废水进行初级过滤的初级过滤器;
调节水箱，与初级过滤器通过管路连接;
用于培养厌氧微生物并使所述厌氧微生物对污水净化的厌氧膜生物反应器，与调节水箱通过管路连接;
用于对厌氧膜生物反应器排出水进行过滤的管式膜组件，与厌氧膜生物反应器通过管路连接;
用于培养好氧微生物并使所述好氧微生物对污水净化的好氧膜生物反应器，与管式膜组件通过管路连接;
用于容纳好氧膜生物反应器排出的净化后水的出水水箱，与好氧膜生物反应器通过管路连接;
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，还包括：
第一消毒单元、第二消毒单元，第一消毒单元、第二消毒单元分别设置于出水水箱的进水口与出水口。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，还包括：
好氧膜生物反应器的污泥出口与厌氧膜生物反应器通过污泥管连接，所述污泥管上设置有污泥回流泵。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，还包括：
碱液储箱，所述碱液储箱通过碱液管与好氧膜生物反应器连接，所述碱液管上设置有加碱泵。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，厌氧膜生物反应器和好氧膜生物反应器分别通过管道与气体净化单元连接，气体净化单元包含气水分离部分和气体吸附部分，厌氧膜生物反应器和好氧膜生物反应器分别通过管道连接气水分离部分，气水分离部分与调节水箱通过回水管连接，气水分离部分的出气口与气体吸附部分通过管路连接，气体吸附部分的出气口与系统排气管连接。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，还包括：
好氧膜生物反应器内设置有两套曝气管路和平板膜组件，两套曝气管路分别与供氧风机和冲刷风机通过管路连接，供氧风机用于吸取空气为好氧微生物供氧，冲刷风机的进气口与气体净化单元通过管路连接，冲刷风机用于从气水分离装置后抽取系统排气对平板膜组件进行冲刷。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，还包括控制系统，控制系统包括控制器、液位传感器、pH值传感器、ORP传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度传感器和TOC传感器，所述液位传感器、pH值传感器、ORP传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度传感器和TOC传感器分别设置于厌氧膜生物反应器、好氧膜生物反应器和出水水箱内，所述液位传感器、pH值传感器、ORP传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度传感器和TOC传感器通过变送器与控制器连接。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，初级过滤器包括内层与外层，外层为不锈钢壳体，内层为可拆卸式不锈钢滤网，网孔直径2～4mm，内层与外层由短管连通。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，所述管式膜组件6为内压式超滤或微滤膜组件。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置，其中，所述初级过滤器1、调节水箱2、厌氧膜生物反应器4、好氧膜生物反应器7、消毒单元13、出水水箱14、碱液储箱15和气体净化单元17均为密闭结构。
本实用新型的密闭生态系统废水处理与回用装置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。