宇宙空间站水循环.ppt

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1、宇宙空间站水循环使用王丹丹宇宙飞船中水的来源1.带去：飞行时间短可采用，使用方便。但带去麻烦，不容易，而且用不了多久2.自产:航天器上有一种燃料电池，它使用氢和氧作为燃料来发电。氢和氧原来分别储存在氢气罐和氧气罐中。使用时，打开气罐的阀门，让两种气体接触燃烧，产生热和电，同时也产生出副产品———水。不过这样水还不能直接饮用，还必须经过过滤。“阿波罗”飞船采用的此法。3.水循环使用：即太空水。从地球发射的水和其他消耗品的数量由于费用原因受到很大的限制，所以空间站里水的再生是极为重要的。太空废水冷凝废水：是排入座舱空

2、气中各种水蒸汽在温湿度控制系统中冷凝的水，它的水质接近蒸馏水，其污染主要是由于环境中溶解性污染物引起的，其分子量较小。卫生废水：主要来自洗手水，洗浴水，经卫生废水处理装置净化后仍应用于航天员的个人卫生活动。尿液：尿液废水是空间站废水中最复杂的废水，其污染物主要有尿素、氯化钠及各种酸，占总重的3％一4％，因而处理的难度最大。冷凝废水的处理系统的核心部分由灭菌组件、多层过滤组件和挥发物除去组件三部分组成。为保护组合床以及防止污垢在热交换器中沉积,冷凝水废首先通过一个5微米的过滤器,再进入灭菌组件,在121℃的高温下处

3、理20min.冷却到46℃后,由包含各种吸附介质的2个相同的组合床处理后去除离子及溶解性有机物。为抑制管路中的细菌,组合床中的碘阀保证水中余碘浓度在1一4mg/L组合床的运行状态及是否饱和,由其入口与出口处的电导传感器负责。处理后的水通过挥发物除去组件,除掉低分子有机物及组合床不能处理的极性有机物。在这一过程中,水先饱和氧,再加热至125℃,最后通过催化氧化反应器,氧化成二氧化碳或变成通过相分离及离子交换树脂可除去的组分.水质监测系统监测处理水中的总有机碳、电导、pH、水中余碘,合格者进入饮水箱内,不合者返回处理

4、系统。冷凝水处理流程卫生废水的处理卫生废水比冷凝废水的污染严重。对它的处理方案主要有反渗透法与吸附催化法。比较这两种方案,吸附催化法系统简单、运动部件少、可靠性高、能耗低以及水回收率高,更适合空间卫生废水的处理。它的流程及主要部件与冷凝废水处理系统完全相同,由于废水水质的关系,它的水回收率只有95%左右。尿液的处理两种途径：1.用尿处理器单独处理，再生水被用来冲洗小便池、电解制氧，或与其他废水一同进入水处理器进行二级处理方法：蒸馏法、高级氧化法和冻干法2.将尿液与其他废水混在一起处理，为宇航员提供饮用和卫生用水方

5、法：生物法尿液处理——蒸馏法蒸汽压缩蒸馏法（VCD）:系统的核心部件是两个同轴转鼓，转鼓旋转时产生的离心力维持气液界面。温度介于21～35℃的尿液在压力4.8kPa的内转鼓蒸发，蒸汽经压缩机压缩，进入内、外转鼓的夹层冷凝，凝结潜热在饱和温差的驱动下，经0．089cm厚的鼓壁传至内转鼓，为等量水的蒸发提供热量蒸汽压缩蒸馏系统原理图蒸汽压缩蒸馏过程是一个热自发过程，易于控制；尿液在略高于环境的温度下蒸发，出水水质好；循环尿液的质量分数可达50％，水回收率较高；系统充分利用凝结潜热，仅需能量压缩蒸汽、弥补机械损失和热损

6、失，能耗少。但是，系统的运动部件多，可靠性受到一定影响。热电集成膜蒸发法(TIMES)：系统的核心部件是膜蒸发器和热电热泵，中空纤维膜管束维持气液界面，热泵的热端与尿加热器相连，冷端与多孔冷凝板相连。尿液被预热到65.6℃后进入蒸发器，在膜两侧组分的蒸汽分压差作用下，水在膜的外表面蒸发，蒸汽在冷凝板冷凝，凝结潜热由热泵冷端传至热端，可回收约2/3的凝结潜热。热电集成膜蒸发系统流程示意图热电集成膜蒸发器主要有TIMESI和TIMESⅡ两代产品，与TIMESI相比，TIMESⅡ所作的改进主要体现在：1)摈弃TIMES

7、I采用的孔隙大、机械稳定性差的聚砜膜，改用热稳定性好、耐腐蚀性强的全氟磺酸膜；2)增加膜长度，改变膜组件连接方式，减少管件接口个数，避免尿液泄漏；3)减少热泵基元个数，将性能系数由3.5提高到，系统比热力学能减小30％；4)在冷凝器后设置管式气液分离器，并通过控制其基准压力控制加热器温度；5)采用模块化设计，使设备的体积和质量分别减小49％和31％。热电集成膜蒸发器水处理效果较好，出水澄清、无异味；运动部件少，与有压缩机的系统相比，设备简单、噪声小、可靠性高。但热泵效率较低，系统能耗较高；易挥发组分、易与水一起透

8、过膜，影响出水水质；产水率随砌的增加而迅速降低，通常不能超过38％；膜孔径很小，易被不可冷凝的杂质堵塞，需定期抽真空和更换。空气蒸发法(AES)：系统通过蒸发器内管芯的表面张力维持气液界面，尿液在蒸发器吸收来自加热器的干热空气所蕴含的热量后蒸发，生成的蒸汽被空气捕获、输送，顺次流经水冷换热器和气液分离器，蒸汽冷凝，空气返回加热器。空气蒸发系统流程示意图空气蒸发法构造简单、