本发明专利技术公开了一种用于空间站废水处理的多膜耦合工艺，将尿液输送到膜蒸馏系统处理，得到的浓缩液进入蒸发结晶系统处理，形成固体杂盐和水蒸气，水蒸气冷凝后形成冷凝水；卫生废水送入反渗透系统B进行处理；将得到的馏出液、冷凝水，以及反渗透系统B产生的淡化液和空间站中的冷凝废水汇合，送入反渗透系统A中进行处理，反渗透系统A产生的淡化液经消毒杀菌后回用至各用水点；最后反渗透系统A和反渗透系统B产生的浓缩液汇合，进入超临界水氧化系统处理去除有机物，然后进入膜蒸馏系统。同时公开了与其对应的多膜耦合装置。其将膜蒸馏、反渗透、蒸发袋、超临界水氧化技术进行有机集成，实现废水回用率100％的目标，延长了系统的稳定性和可靠性。稳定性和可靠性。稳定性和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于空间站废水处理的多膜耦合工艺及装置
[0001]本专利技术属于废水处理领域，涉及一种用于空间站废水处理的多膜耦合工艺及装置。
技术介绍
[0002]水是维持生命运转的基本物质。在载人航天任务中，舱内水的处理和循环利用十分重要，可影响任务的持续时间、补给频率、运行维护成本等。美国、俄罗斯等航天大国在空间废水处理方面积累了大量的地面和在轨运行经验，形成了相对成熟的技术和装备。随着中国空间站建设、探月工程等项目的实施，我国对自主研发空间水处理技术的需求迫切。
[0003]空间站废水的主要来源有三种，分别是舱内冷凝水、卫生废水及尿液废水。其水量、水质受航天员数量及其舱内活动的影响而存在差异。以俄罗斯“和平号”为例，产生的废水水量大约为：冷凝水1.6kg/人日、尿液废水1.2kg/人日，卫生废水0.3kg/人日。按照乘组人数3-5人计算，废水量可达到9.3～15.5kg/日。此外，空间站废水处理还需要考虑设备能耗、重量、占地、微重力环境适应性、备品备件、稳定性、可靠性等多重因素的影响。
[0004]受废水来源影响，水质存在显著差异。冷凝废水中的污染物来自于空调系统，以小分子有机物(乙醇、乙二醇等)、无机物(主要是氨)以及细菌为主；卫生废水中则含有来自汗液和皮脂的无机盐、有机物和细菌，此外还有用于清洁的表面活性剂和皮肤护理剂；在三种废水中，尿液废水水质成分最为复杂，含有数十种无机盐和大量小分子有机物，是空间废水处理的难点。
[0005]回收率是空间废水处理必须考虑的一个重要问题。以尿液废水为例，根据NASA早年对真实尿液的测试结果，随着水回收率的增加，尿液的渗透压增加显著，当回收率超过75％时，将无法采用常规加压过滤技术实现水的分离。当采用蒸发技术处理时，尿液蒸汽分压随废水的浓缩而下降，当水回收率超过95％，可能导致蒸发传质推动力不足，严重影响产水量。目前国际空间站的尿液废水回收率大约为75％，还有25％的浓水无法处理，只能当做废弃物储存。在远程空间任务中，如果不能提高水回收率，则浓水储存体积将越来越大，不仅挤占有限的舱内空间，而且存在微生物繁殖、废液废气泄露等隐患。
[0006]因此，开发高回收率空间站废水处理工艺，实现废水的闭环处理及回用，需求迫切。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种用于空间站废水处理的多膜耦合工艺。本专利技术将膜蒸馏、反渗透、蒸发袋、超临界水氧化技术进行有机集成，实现空间站废水的综合处理及回用。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下工艺方案：
[0009]一种用于空间站废水处理的多膜耦合工艺,具体包括以下步骤
[0010](1)将尿液输送到膜蒸馏系统处理，得到的浓缩液进入蒸发结晶系统处理，最终形成固体杂盐和水蒸气，水蒸气冷凝后形成冷凝水；
[0011](2)卫生废水送入反渗透系统B进行处理，去除有机物、无机盐、细菌、病毒等；
[0012](3)步骤(1)得到的馏出液、冷凝水，以及步骤(2)反渗透系统B产生的淡化液，和空间站中的冷凝废水汇合，送入反渗透系统A中进行处理，反渗透系统A产生的淡化液经消毒杀菌后回用至各用水点；
[0013](4)反渗透系统A和反渗透系统B产生的浓缩液汇合，进入超临界水氧化系统处理去除有机物，然后进入膜蒸馏系统，实现循环处理。
[0014]进一步地，在步骤(1)中可收集水蒸气冷凝过程中产生的潜热，用于尿液的预热，以减少膜蒸馏过程中加热需要的能耗。
[0015]上述工艺可用于其他场合的废水处理及回用，如月球基地、火星基地、人工生态系统等。
[0016]与现有技术相比，本专利技术将膜蒸馏、反渗透、蒸发袋、超临界水氧化技术进行有机集成，一是解决了挥发性小分子有机物难处理的技术难题，确保回用水品质；二是解决了高含盐废水中水资源回收问题，废水回用率可达100％；三是解决了有机物浓缩积累导致的膜性能衰减，极大延长了系统的稳定性和可靠性。
附图说明
[0017]图1为本专利技术空间站废水处理的多膜耦合工艺工艺流程图。
具体实施方式
[0018]下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0019]如图1所示，一种用于空间站废水处理的多膜耦合工艺，具体包括以下步骤：
[0020](1)尿液进入膜蒸馏系统，在温度差的作用下，水分及其他少量易挥发物质形成蒸汽透过疏水膜，在另一侧冷凝形成馏出液，剩余的尿液作为浓缩液进入蒸发结晶系统，最终形成固体杂盐和水蒸气，水蒸气再经冷凝形成冷凝水。
[0021](2)卫生废水送入反渗透系统B，反渗透膜对有机物和无机盐的截留率在90％以上，废水中只有少量的无机盐和有机物进入淡化液中，绝大部分的无机盐、有机物在浓缩液中得到富集。
[0022](3)步骤(1)得到的馏出液、冷凝水，以及步骤(2)反渗透系统B产生的淡化液，和空间站中的冷凝废水一起送入反渗透系统A中进行处理，去除绝大部分有机物、细菌和病毒，得到淡化液回用。反渗透系统A产生的淡化液经消毒杀菌后回用至各用水点。
[0023](4)反渗透系统A产生的浓缩液和反渗透系统B产生的浓缩液汇合，送入超临界水氧化系统处理去除有机物，在高于水的临界温度和压力的条件下，以超临界水为反应介质，以空气或氧气为氧化剂，将水中的有机污染物氧化为二氧化碳和水，二氧化碳排出，产生的水和剩余的溶液一起汇入尿液中，稀释尿液。过程中可以通过调节反渗透系统B和反渗透系统B的回收率调整进入膜蒸馏系统中的尿液浓度，进而调整膜蒸馏系统的处理压力。
[0024]反渗透系统A的设置不但降低了现有仅依靠膜蒸馏系统的尿液处理工艺的处理压力，如，热电集成薄膜蒸发系统，而且保证出水的稳定性，使其一直能够达到饮用水标准。
[0025]进一步地，在步骤(1)中可收集水蒸气冷凝过程中产生的潜热，用于尿液的预热，以减少膜蒸馏过程中加热需要的能耗。
[0026]一种用于空间站废水处理的多膜耦合装置,包括尿液储罐、膜蒸馏系统、浓缩液储罐、蒸发袋、冷凝废水储罐、反渗透系统A、卫生废水储罐、反渗透系统B、超临界水氧化系统和消毒杀菌装置；尿液储罐出水口与膜蒸馏系统进水侧连通，膜蒸馏系统浓缩液出口与蒸发袋连通；卫生废水储罐出水口与反渗透系统B进水口连通，反渗透系统B淡化液出口、膜蒸馏系统馏出液出口均与冷凝废水储罐进水口连通，蒸发袋的蒸汽出口通过冷凝器连通冷凝废水储罐进水口，冷凝废水储罐出水口与反渗透系统A进水口连通，反渗透系统A淡化液出口通过消毒杀菌装置与各用水口连通，反渗透系统A浓缩液出口、反渗透系统B浓缩液出口均与超临界水氧化系统进水口连接，超临界水氧化系统出水口与尿液储槽连通。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于空间站废水处理的多膜耦合工艺，其特征在于，具体包括以下步骤(1)将尿液输送到膜蒸馏系统处理，得到的浓缩液进入蒸发结晶系统处理，最终形成固体杂盐和水蒸气，水蒸气冷凝后形成冷凝水；(2)卫生废水送入反渗透系统B进行处理；(3)步骤(1)得到的馏出液、冷凝水，以及步骤(2)反渗透系统B产生的淡化液，和空间站中的冷凝废水汇合，送入反渗透系统A中进行处理，反渗透系统A产生的淡化液经消毒杀菌后回用至各用水点；(4)反渗透系统A和反渗透系统B产生的浓缩液汇合，进入超临界水氧化系统处理去除有机物，然后进入膜蒸馏系统。2.根据权利要求1所述的用于空间站废水处理的多膜耦合工艺，其特征在于，在步骤(1)中可收集水蒸气冷凝过程中产生的潜热，用于尿液的预热。...
【专利技术属性】
技术研发人员：王剑，丁平，刘铮，杨松林，胡伟，郭春刚，刘国昌，张慧峰，冯厚军，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九一九部队，
类型：发明
国别省市：
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