[发明专利]一种用于空间废水处理的氧气供应装置

说明书

技术领域

本发明属于长期载人航天环控生保技术研究领域，特别涉及一种用于空间微重力条件下微生物处理废水中的氧气供应装置。

背景技术

长时间、远距离和多乘员的空间飞行是未来载人航天的发展形势。利用生物技术，模拟自然生态学的原理，在地外建立生物再生式的生保系统，从而实现乘员生保物资的就地再生持续供应，是目前各航天大国的研究热点。在生物再生式生保系统中，微生物作为系统内的分解者，其主要作用是将系统内的各种有机污染物(主要存在于废气、废水和废物中)进行分解，变成系统内其它生物(如高等植物等)和乘员可直接利用的无机物(如二氧化碳、水和无机离子等)，从而使得系统内的物质得到良性循环。

微生物是自然界中最广泛的生物，对地球上物质循环起着及其重要的作用。目前，利用微生物技术进行城市生活废水的处理应用较为普遍，各种工艺也较为成熟。微生物在处理废水过程中需要不断供应氧气。如何在空间微重力条件下供应氧气给微生物是空间废水处理装置必须解决的关键技术。目前的废水处理装置中，多采用鼓泡形式直接向处理液中添加氧气。这样不仅容易造成空间微重力条件下氧气利用率低、资源浪费，而且多余的氧气还能增加系统的气液分离负荷。因此，这种给微生物供应氧气的方式不适合空间废水处理。

目前，美、俄和欧空局等利用微生物能降解有机物的特点研制了一些废水处理装置，但未见氧气供应技术的相关报道。《航天医学与医学工程》2004，17(3)期P196～200的《空间微生物废物处理地面试验样机研制》提到在空间微重力条件可采用膜技术进行氧气的供应。但由于目前的膜技术仅在地面应用，而对膜的形式、结构、材料和工作方式等的选择都会影响氧气的溶解和微生物的利用。因此，在空间微重力条件下如何合理选择膜的材料和结构，设置适当的工作模式，提高氧气的利用率，尚无成熟的技术借鉴，仍需要结合实践进行大量的实验。

发明内容

本发明需要解决的主要技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在空间微重力条件下废水处理中使用的、能高效提供氧气给待处理废水的装置。

本发明的技术解决方案是：氧气供应装置，在所述的氧气供应装置之前串联第一截止阀后与第二截止阀并联，然后串联在废水处理中好氧处理水循环回路中。通过测量处理液中的溶解氧浓度(DO)来控制氧气供应装置的工作模式。当处理液中的DO值低于设定的下限值时，开启氧气的供应，氧气供应装置开始工作；当处理液中的DO值高于设定的上限值时，关闭氧气的供应，氧气供应装置停止工作。当需要对氧气供应装置进行维护时，关闭第一截止阀，开启第二截止阀；氧气供应装置维护完成后，开启第一截止阀，关闭第二截止阀。所述的氧气供应装置由氧气供应膜组件、压力传感器、电磁阀、流量计、二级减压阀和氧气贮瓶组成。所述的氧气供应膜组件由壳体、上底座、下底座和膜丝组成。壳体两端通过螺纹分别与上底座和下底座固定连接，在壳体上靠近与下底座的连接处开有氧气入口；上底座上开有富氧处理液出口，下底座上开有贫氧处理液入口。膜丝位于壳体内，膜丝两端分别通过环氧树脂成束封装在壳体两端；膜丝与膜丝间、膜丝与壳体间有空隙。所述的氧气贮瓶中的高压氧气经二级减压阀后压力降低，通过流量计、电磁阀、压力传感器与氧气入口相连，进入氧气脱除膜组件，通过膜丝管壁上的微孔渗透到流经膜管中的处理液中。所述的压力传感器测定氧气供应膜组件中氧气压力，测得的压力信号传输至废水处理系统的测量控制装置，当进入膜组件的氧气压力超过设定值时，控制装置控制电磁阀关闭；当进入膜组件中的氧气压力低于设定值时，控制装置控制电磁阀打开。

所述的膜丝采用疏水聚偏氟乙烯(PVDF)材料。

所述的膜丝为中空纤维管，管壁厚度为100～250μm，直径1.5～2.5mm，纤维长度30.0～40.0cm，纤维根数100～200，通过环氧树脂成束封装在壳体两端。

所述的外壳、上底座、下底座均为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)或不锈钢材质；壳体为圆柱体结构，其直径为5.0～8.0cm，长度35.0～45.0cm，厚度为0.5～0.8cm。

所述的氧气供应采用外压方式，即氧气在气体压力的作用下从膜丝外渗透到膜丝的中空管里；废水处理液从每根膜丝的中空管内直接流过氧气供应膜组件。

所述的处理液中的DO值的设定上限值为5.0～8.0mg/L，下限值为2.0～3.0mg/L。

所述的膜组件中氧气压力值的设定上限值为120～125kPa，下限值为110～115kPa。

所述的电磁阀和二级减压阀之间安装气体流量计，用来控制氧气的流量，保证了进入氧气供应膜组件的氧气压力稳定。