α-Fe2O3与活性炭协同处理尿液废水的过程优化与吸附特性

为探究α-Fe₂O₃与活性炭协同吸附对尿液的处理效果,本文考察了铁炭比、投加量及尿液酸预处理的影响,并重点分析了协同吸附特性。研究发现,铁炭比为0.6时,尿液中总有机碳（TOC）、PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P、总磷（TP）的去除率分别为39.51%、71.03%和76.79%,TOC的去除主要依靠活性炭的吸附作用,而PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P主要依靠α-Fe₂O₃的作用,尿液酸预处理可显著强化PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P的吸附。TOC和PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P的吸附过程均符合Redlich-Peterson吸附等温线模型,为单层吸附和多层吸附共同作用。动力学研究发现,TOC和PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P的吸附均可在24h内达到吸附平衡,PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P的动力学吸附过程更符合Elovich模型,即不均匀界面上的多层吸附,而TOC的动力学过程主要受扩散速率控制。同时,协同吸附对发光溶解性有机物（CDOM）的去除率可达72.16%,对腐殖酸类的吸附效果最佳,酸预处理主要减少酪氨酸类、色氨酸类和可溶性微生物代谢产物的吸附。P的去除主要依靠其与α-Fe₂O₃和尿液中无机盐的共沉淀作用,并以无机盐沉积的形式附着于活性炭孔道内。     

空间植物栽培装置方案与验证

为满足空间植物培养的需求,基于空间微重力环境和平台资源约束,开展了根部水分和养分控制、栽培室大气环境控制、光环境控制等方面的空间植物栽培装置方案研究。研制了具有水分/养分供应、大气环境控制、光源、测量与控制、栽培室和根盘等6个功能模块的空间植物栽培装置。开展了装置的集成与调试,对装置各功能模块设计合理性进行验证。最后利用组合体试验平台,进行装置各功能模块集成性能验证、植物功能评价验证(生物学特性、物质和能量交换、营养品质和生物安全性等)及植物栽培流程验证(流程合理性、资源需求及保障、与环境之间的相互影响)。验证结果表明：水分供应、养分供应、大气环境控制、植物光照控制和参数测量控制等性能良好,能够满足植物培养对各类生长环境条件的需求;生菜生长旺盛,生产效率101.31 g(鲜质量)·(kWh)^-1·d^-1·m^-2,光能利用率0.31 g(干质量)·mol^-1光子,富含各种营养,食用安全。装置方案和植物栽培流程合理可行,性能良好,具有较高的植物生产能力。研究结果为后续开展空间植物栽培装置研制奠定了技术基...     

高强紫外光强化降解消毒副产物氯乙酸的效能及作用机制

氯乙酸是一种化学性质稳定的氯化消毒副产物,传统高级氧化技术对氯乙酸的降解效率低、矿化不彻底,拟采用强度高达3.13×10-6 Einstein/(cm2·s)(强度约合1000 mW/cm2,比传统高级氧化工艺中使用的紫外光强度高两个数量级以上)的紫外光作为光源,考察其对3种氯乙酸(一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸)的降解效果、影响因素和矿化过程.研究结果表明,与传统紫外光降解技术相比,高强紫外光可高效降解氯乙酸,前者在360 min内对氯乙酸的去除率不足5％,后者可在50 min内实现99％以上的降解,且3者的降解速率关系为:三氯乙酸>二氯乙酸>一氯乙酸.高强紫外光对氯乙酸的降解过程遵循伪一级动力学,光强、pH和DO这3个光解反应影响因素中,pH对氯乙酸光解过程影响不大,但光强和DO对光解速率影响显著,光解的反应速率随紫外光子通量的提高呈一次线性增加,随着DO由1 mg/L增加至9 mg/L,光解速率提高1倍.此外,高强紫外光对氯乙酸的矿化过程彻底,几乎不产生中间产物,氯乙酸的矿化过程可能主要是通过脱卤和脱羧基两个反应路径实现,DO和pH对光解过程的影响从侧面佐证了氯乙酸高强紫外光光解路径.该结果表明,高强紫外光可有效降解光稳定物质氯乙酸,可为氯化消毒副产物的高效去除提供技术借鉴.     

两级MBfR工艺处理高强度生活废水能力研究

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/(m³·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/(m³·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。     

空间密闭环境中植物光照系统研制

研制一种植物光照系统,以满足植物栽培地面模拟试验的需要。以灯板作为发光单元,组合成光照阵列,通过AC/DC电源模块供电,恒流驱动LED工作,并进行光周期、光强控制和调节,采用冷板及循环冷却液方式对灯板集中散热。通过多次栽培实验证明,该系统结构紧凑、控制简单、调节方便、发光稳定、散热效果好,为36m2的植物提供了适宜的光照条件,满足密闭系统植物正常生长的需要。该植物光照系统的成功研制,为开展空间植物栽培地面模拟试验提供了必备的条件,对下一步空间植物装置光照系统设计具有重要的参考价值。     

MABR系统处理空间站模拟废水的研究

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、NH₄⁺-N和TN等作为主要考察指标，并结合NO₂^--N、NO₃^--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、NH₄⁺-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、NH₄⁺