一种酶催化尿液废水连续处理装置

摘要

本发明设计了一种操作简单，自动可控，设计精巧，反应高效，运行稳定，密封性强的酶催化尿液废水连续处理装置，包括支撑架、恒温水箱、废水预处理箱、低压蒸馏箱、废液收集箱、冷凝水箱，冷凝器以及控制模块；通过启动控制模块使废水预处理箱中的尿液废水在恒温水箱的作用下完成催化处理，随后进入低压蒸馏箱中进行低压蒸馏，蒸馏产物通过冷凝器的冷凝作用收集于冷凝水箱中，剩余的饱和尿液残液将被送往废液收集箱；本装置可实现尿液废水资源化，可应用于农场、密闭系统实验等场所内尿液以及其他高含盐量污水的脱盐处理，同时也可应用于工厂内其他酶参与催化的连续性污水处理和液相反应。

说明书

技术领域

本发明专利属于液体废物处理技术领域，特别涉及一种酶催化尿液废水连续处理装置。本装置可以利 用脲酶特异性催化尿液中尿素的水解，对人体尿液排泄物进行催化处理，将尿液中氮素以氨的形式分离出， 随后采用减压蒸馏的方式对尿液中的水和氮素进行回收处理。该发明装置设计精巧，将酶催化处理与减压 蒸馏技术结合起来构建了一体化设备，实现了尿液废水的连续处理，可分别对酶催化处理与减压蒸馏处理 的温度、搅拌速率条件实现自动化控制以获得更高的处理效率，同时处理过程中保持密封，有利于保证密 闭空间环境安全。该处理装置可实现尿液废水资源化，提高资源利用率，可应用于农场、密闭系统实验等 场所内尿液以及其他高含盐量污水的脱盐处理，同时也可应用于工厂内其他酶参与催化的连续性污水处理 和液相反应。该发明设计精巧、美观，实用性强，可实现处理条件的自动化控制，同时操作简便，节能减 排。

背景技术

深空探测技术作为人类保护地球、进入宇宙、寻找新的生活家园的唯一手段，已经成为了世界各国极 大关注的技术之一。在深空探测活动中，需要建立完全封闭的生物再生式生命保障系统来循环再生人类所 需的氧气、水和食物等生存必需物质，同时系统乘员的尿液废水中含有植物生长所必需的水分与营养元素， 因此需要在系统内循环再生处理进行回收，以保障封闭系统的顺利运行。目前尿液废水的处理大多采用空 气蒸发系统装置进行气液分离，空气蒸发系统构造简单、可靠性高，气液分离效果好，能够有效的回收尿 液废水中的水分，却无法有效地回收尿液中的营养元素。而目前已经开展的封闭生态系统试验BIOS-3中， 乘员尿液同污水一起不经过处理直接用于高等植物和微型藻类的培养液，然而植物无法完全吸收尿液中所 有营养成分，采用该处理方法会造成营养液和植物中的盐类积累。此外还有一些尿液废水处理装置，如欧 空局在MELiSSA系统中采用四个微生物反应器来对尿液废水进行降解再生，然而目前缺少一种能够快速高 效的回收尿液中水和营养元素的连续处理装置。如何能够快速、高效、稳定地回收尿液中的水和营养元素， 以满足密闭系统内物质循环的需求，成为了一个亟待解决的难题。

针对密闭空间尿液废水的处理要求，我们设计发明了一种尿液废水连续处理装置。采用此装置处理时， 待处理的尿液废水中的尿素首先被催化水解为氨，随后氨连同剩余的尿液进行减压蒸馏，最后收集得到蒸 馏出的氨和水，未回收的尿液残液将收集统一排出。该处理装置操作简单，自动可控，快速高效，运行稳 定，密封性强，能够实现尿液废水的连续处理，同时对密闭环境条件实现了零污染，具有重大的应用价值。

发明内容

本发明专利提出了一种操作简单，自动可控，设计精巧，反应高效，运行稳定，密封性强的酶催化尿 液废水连续处理装置。

为了实现以上发明目标，设计发明了此种酶催化尿液废水连续处理装置，其主要包括支撑架模块1、 恒温水箱模块2、恒温水箱模块3、废水预处理箱模块4、低压蒸馏箱模块5、废液收集箱模块6、冷凝水 箱模块7、冷凝器模块8以及控制模块9，其特征在于支撑架模块1用于支撑恒温水箱模块2、恒温水箱模 块3、废水预处理箱模块4、低压蒸馏箱模块5、废液收集箱模块6、冷凝水箱模块7，冷凝器模块8以及 控制模块9，通过启动控制模块9使废水预处理箱模块4中的尿液废水在恒温水箱模块2的作用下完成催 化处理，随后进入低压蒸馏箱模块5中，在恒温水箱模块3的加热下进行低压蒸馏，蒸馏产物通过冷凝器 模块8的冷凝作用收集于冷凝水箱模块7中，剩余的饱和尿液残液将被送往废液收集箱模块6。该发明装 置设计精巧，将酶催化处理与减压蒸馏技术结合起来构建了一体化设备，实现了尿液废水的连续处理，可 分别对酶催化处理与减压蒸馏处理的温度、搅拌速率条件实现自动化控制以获得更高的处理效率，同时处 理过程中保持密封，有利于保证密闭空间环境安全。

所述支撑架模块1选用不锈钢材质，支撑架设计成稳定的四方体构型，分为上下两层，其中搭载有废 水预处理箱模块4的恒温水箱模块2、搭载有低压蒸馏箱模块5的恒温水箱模块3、废液收集箱模块6、冷 凝水箱模块7和冷凝器模块8固定在支撑架模块1的上层；控制模块9固定在支撑架下层；支撑架模块1 的下面采用滚轮10移动和固定。

所述恒温水箱模块2包括电磁加热器61、水箱隔板11、恒温水箱箱体12、温度传感器13、温度传感 器62、进水口14、出水口15、恒温水箱顶盖16、气阀17以及风扇18。恒温水箱箱体12为长方体结构， 储水体积约为40L，恒温水箱箱体12采用两层设计，其内外表面均包裹不锈钢，中间可填充保温棉，这样 设计有利于保持水箱内水浴恒温；恒温水箱顶盖16采用不锈钢板，设计为两层，下层顶盖四角位置安装 四个法兰，两层顶盖之间通过法兰扣紧，同时安装O型密封圈保证密封，此不锈钢顶盖有利于蒸发水份与 环境进行热交换，促进水箱内蒸发水冷凝回流；顶盖上安装一个气阀17，用以控制水浴箱里的蒸汽压；同 时顶盖上设计一个进水口14，其开关由螺塞控制，螺塞与顶盖间加入O型橡胶密封圈进行密封；箱体下底 部连接出水口15，出水口开关由阀门控制，以便排出水箱中多余水份或者给水箱换水；箱体两侧壁上嵌入 有温度传感器13与温度传感器62，左右对称，用于直接测定恒温水箱内的水温；整个恒温水箱的加热采 用电磁加热器61加热，电磁加热器安装于水箱底部，主要由电磁线盘、主基板、热敏电阻件与风扇组件构 成，电磁加热器旁设置两个风扇18，可对电磁加热器进行散热，恒温水浴箱的具体水浴温度可由控制模块 9进行调控；箱体底部设置一定厚度的水箱隔板11，水箱隔板11采用不锈钢材质，可将水箱储水处与电 磁加热器61隔开，同时可作为电磁加热的加热介质。

所述恒温水箱模块3包括电磁加热器65、水箱隔板72、恒温水箱箱体67、温度传感器63、温度传感 器64、进水口70、出水口71、恒温水箱顶盖68、气阀69以及风扇66。恒温水箱箱体67为长方体结构， 储水体积约为40L，恒温水箱箱体67采用两层设计，其内外表面均包裹不锈钢，中间可填充保温棉，这样 设计有利于保持水箱内水浴恒温；恒温水箱顶盖68采用不锈钢板，设计为两层，下层顶盖四角位置安装 四个法兰，两层顶盖之间通过法兰扣紧，同时安装O型密封圈保证密封，此不锈钢顶盖有利于蒸发水份与 环境进行热交换，促进水箱内蒸发水冷凝回流；顶盖上安装一个气阀69，用以控制水浴箱里的蒸汽压；同 时顶盖上设计一个进水口70，其开关由螺塞控制，螺塞与顶盖间加入O型橡胶密封圈进行密封；箱体下底 部连接出水口71，出水口开关由阀门控制，以便排出水箱中多余水份或者给水箱换水；箱体两侧壁上嵌入 有温度传感器63与温度传感器64，左右对称，用于直接测定恒温水箱内的水温；整个恒温水箱的加热采 用电磁加热器65加热，电磁加热器安装于水箱底部，主要由电磁线盘、主基板、热敏电阻件与风扇组件构 成，电磁加热器旁设置两个风扇66，可对电磁加热器进行散热，恒温水浴箱的具体水浴温度可由控制模块 9进行调控；箱体底部设置一定厚度的水箱隔板72，水箱隔板72采用不锈钢材质，可将水箱储水处与电 磁加热器65隔开，同时可作为电磁加热的加热介质。

所述废水预处理箱模块4包括废水预处理箱体19、废水预处理箱顶盖20、废水进水口21、储酶管22、 桨式搅拌器23、旋转密封器24、抽液管25以及抽液泵26。废水预处理箱体19呈圆柱型设计，其储液体 积约为10L，箱体采用不锈钢材质，以便于恒温水浴加热，箱体与恒温水箱顶盖16接触处采用斜型螺旋卡 扣设计，废水处理箱体可拆卸，安装时仅需沿着螺纹旋下即可；废水预处理箱顶盖20采用双层设计，其下 层与废水预处理箱体19相连，并六角对称安装六个法兰，上层顶盖可通过法兰与下层顶盖紧密结合，两 层顶盖间使用O型密封圈密封，已保证处理箱内气体不会逸出；在废水预处理箱顶盖20中心轴处设计安 装桨式搅拌器23，搅拌轴下部平行安装5组共计10个搅拌桨叶，搅拌桨叶长约2-4cm，宽约1-3cm，以 保证能将处理箱内废水充分搅拌；桨式搅拌器23由搅拌机驱动，搅拌机转速可控，其具体转速可由控制 模块9进行调节，搅拌器与废水预处理箱体接触部分采用旋转密封器24进行密封处理；围绕桨式搅拌器 23为中心呈六方设计安装四个储酶管22、抽液管25以及废水进水口21，上述部件均与桨式搅拌器23保 持一定距离，以保证搅拌器的正常工作；其中，储酶管22包括管体27、六边形镂空28以及储酶管顶盖 29。管体27呈圆柱长管设计，管体采用不锈钢材质，储酶管与废水预处理箱顶盖20接触处采用螺旋卡扣 设计，储酶管可拆卸，安装时仅需沿着螺纹旋下即可，储酶管顶盖29采用双层螺塞设计，其下层与管体 27相连，储酶管填充酶后，上层顶盖仅需沿着螺纹旋下即可与下层顶盖紧密结合，两层顶盖间使用O型密 封圈密封，储酶管壁上均匀分布高密度的六边形镂空28，镂空有利于待处理废水与酶接触，能提升本装置 反应效率；废水进水口21开关由螺塞控制，螺塞与顶盖间加入O型橡胶密封圈进行密封；抽液管25与抽 液泵26相连，其与废水预处理箱顶盖20连接处利用一金属卡扣与顶盖螺旋相连；在废水处理过程中，起 催化作用的酶将被填充四个储酶管22中，待处理的废水通过废水进水口21进入废水处理箱中进行处理， 当废水在废水预处理箱模块4中处理完毕后，启动抽液泵26，处理后的废水即可通过抽液管25被抽出并 进行后续蒸馏处理。

所述低压蒸馏箱模块5包括蒸馏箱体30、蒸馏箱顶盖31、蒸馏箱进水口32、桨式搅拌器73、旋转密 封器74、残液抽离管33、抽液泵76、压力传感器34、减压管35以及蒸馏管36。蒸馏箱体30呈圆柱型设 计，其储液体积约为10L，箱体采用不锈钢材质，以便于恒温水浴加热；箱体与恒温水箱顶盖68接触处采 用斜型螺旋卡扣设计，蒸馏箱体可拆卸，安装时仅需沿着螺纹旋下即可；蒸馏箱顶盖31双层设计，两层顶 盖之间通过六个法兰紧密结合，同时两层顶盖间使用O型密封圈密封，已保证处理箱内气体不会逸出；顶 盖中心处安装桨式搅拌器73，搅拌器搅拌速率可由控制模块9进行监控调节，搅拌器与蒸馏箱体接触部分 采用旋转密封器74进行密封处理；箱体顶部同时设计有蒸馏箱进水口32，进水口开关由阀门控制，在废 水预处理箱模块4中处理后的废水由此进入蒸馏箱进行处理；箱体顶部设计有残液抽离管33，残液抽离管 开关由阀门控制，其上端与抽液泵76相连，减压蒸馏结束后，未能蒸馏的极少量剩余饱和残液将通过残 液抽离管抽出至废液收集箱模块6中；箱体上部设置一个压力传感器34，用于直接测定蒸馏箱中的蒸汽压 力，同时可以用于检查系统漏气情况；箱体上部另一侧设计一个减压管35，减压管与外界连通，其开关由 阀门控制，用于减压蒸馏结束后卸去装置内的低压；在减压蒸馏过程中，尿液废水蒸馏出来的蒸汽通过蒸 馏管36输送至冷凝器模块8中进行冷凝后，由冷凝水箱模块7进行收集；蒸馏管36蒸汽入口处安装一个 挡板，挡板采用不锈钢材料，呈弧形设计，挡板与蒸馏管之间采用四个不锈钢棍相连接，用以防止尿液突 然爆沸进入蒸馏管，从而影响出水质量。

所述废液收集箱模块6包括废液收集箱箱体37、废液收集箱顶盖38、废液进水口39、废液收集箱出 水口40、玻璃窗41、风扇79、电磁加热器80、废液收集箱隔板81以及蒸馏管82。废液收集箱箱体37呈 长方体设计，箱体采用不锈钢材质，其储液体积约为10L；废液收集箱顶盖38设计为两层，下层顶盖四角 位置安装四个法兰，两层顶盖之间通过法兰扣紧，同时安装O型密封圈保证密封，此设计有利于对废液收 集箱进行清洗；废液进水口39的开关由阀门控制，其上端与抽液泵76连接，在低压蒸馏箱模块5中未能 蒸馏的极少量剩余饱和残液将由此进水口进入废液收集箱中；箱体顶部设计蒸馏管82，其开关由阀门控制， 废液收集箱经过干燥处理后的水蒸气将通过蒸馏管82进入冷凝器模块8中进行冷凝收集；箱体下端设计 废液收集箱出水口40，用以排出废液收集箱中的废液；箱体设计一个玻璃窗41，玻璃窗上标注有刻度，用 以计量废液收集箱中废液体积；废液收集箱底部安装电磁加热器80，用于给废液收集箱进行干燥加热，同 时两侧安装两个风扇79，风扇用于给电磁加热器散热，电磁加热器的功率可由控制模块9进行控制；电磁 加热器80上方安装废液收集箱隔板81，用于将电磁加热器与废液隔开，同时可起到加热介质的作用。

所述冷凝水箱模块7包括冷凝水箱箱体42、冷凝水箱顶盖43、冷凝水入口44、蒸汽出口45、压力传 感器75、冷凝水箱出水口46以及玻璃窗77。冷凝水箱箱体42呈长方体设计，箱体采用不锈钢材质，其 储液体积约为10L；冷凝水箱顶盖43如废液收集箱顶盖38一样设计为两层，两层顶盖之间通过四个法兰 紧密结合，同时加入O型密封圈进行密封；箱体上端设计有冷凝水入口44与蒸汽出口45，其开关均由阀 门控制，经过冷凝器模块8后液化的蒸汽由冷凝水入口44进入冷凝水箱中收集，而未完全冷凝的蒸汽从 蒸汽出口45再次进入冷凝器模块8中；箱体上方安装有一个压力传感器75，用于直接测定冷凝水箱中的 蒸汽压力，同时可以用于检查系统漏气情况；箱体下端设计冷凝水箱出水口46，用以排出冷凝水箱中收集 到的冷凝水；箱体设计一个玻璃窗77，玻璃窗上标注有刻度，用以计量冷凝水箱中冷凝水体积；冷凝水箱 各部件连接处均采用密封圈进行密封处理，以保证整个冷凝水箱气密性。

所述冷凝器模块8包括冷凝器箱体47、小型冷凝器48、小型冷凝器78、冷却介质入口49、冷却介质 出口50、蒸汽入口51、冷凝水出口52、二次冷凝蒸汽入口53、二次冷凝蒸汽出口54以及真空泵55。冷 凝器箱体47呈长方体设计，箱体采用不锈钢材质，内部安装有两个相对独立的小型冷凝器48和小型冷凝 器78，小型冷凝器中的冷凝盘管采用铜材质，以获得良好的传热效率；箱体左右两侧分别设置有一个冷却 介质入口49与一个冷却介质出口50，用以输送冷却介质；冷凝器箱体上方设置有蒸汽入口51与二次冷凝 蒸汽出口54，而下方设置有冷凝水出口52与二次冷凝蒸汽入口53，从蒸馏管36输送的蒸汽由蒸汽入口 51进入冷凝器中进行冷凝，液化后的蒸汽从冷凝水出口52进入冷凝水箱模块7中收集起来，部分未充分 冷凝的蒸汽由二次冷凝蒸汽入口53再次进入冷凝器模块8中进行二次冷凝，此设计可保证蒸汽充分冷凝； 二次冷凝蒸汽出口54与真空泵55相连，真空泵采用水环式真空泵，用来给整个减压蒸馏系统提供低压； 冷凝器与冷凝水箱、蒸馏管和真空泵的连接处均采用密封圈进行密封处理，以保证冷凝器的气密性。

所述控制模块9包括可编辑逻辑控制器PLC 56、控制面板57、打开按钮58、关闭按钮59以及急停按 钮60。可编辑逻辑控制器PLC 56位于控制模块的内部，其余部件位于它的外部；控制面板57采用人机界 面，控制元件包括空气断路器、接触器、按钮和中间继电器等控制电器，温度传感器监测到的温度数据、 压力传感器监测到的压力数据和桨式搅拌器的实时转速可显示于控制面板57上，两个恒温水箱的水浴温 度、两个桨式搅拌器的搅拌转速均可通过控制面板进行设置；按下打开按钮58后，控制面板57呈现参 数设置界面即开始设置，由可编辑逻辑控制器PLC 56控制完成，试验结束后按下关闭按钮59关闭设备； 紧急情况下按下急停按钮60关闭设备。该模块功能实用，操作简便。

本发明专利的优点在于：

1.本发明专利将将酶催化处理与减压蒸馏技术结合起来构建了一体化设备，实现了尿液废水的连续处 理。

2.本发明专利中酶催化处理模块与减压蒸馏模块环境条件控制相互独立，两个处理阶段可独立运行， 有利于提升尿液处理效率。

3.本发明专利中的各个模块之间是可以拆卸的，整个装置可以通过滚轮移动，十分方便，易于装卸清 洁。

4.本发明专利中恒温水浴箱体填充了保温棉，能有效减少水浴用水热量散失，节约能源；采用电磁加 热器进行加热，加热效率高，节能环保；同时恒温水浴箱体密封，水浴过程中蒸发出的少量水份可通过水 浴箱顶盖与空气热交换而冷凝，一次注水可使用很长时间，节约水资源。

5.本发明专利中酶催化处理与低压蒸馏各模块在设计中注意密封，整个处理过程中产生的有害气体不 会逸散入环境中，适用于封闭环境下的废水处理，同时也保障了使用者的健康安全。

6.本发明专利中针对减压蒸馏未能完全回收的废液废渣中残存的少量水份的回收，在废液收集箱模块 中加入干燥模块，有效提升了利用本装置处理尿液废水的水份回收率。

7.本发明专利中冷凝器模块采用二次冷凝设计，蒸汽在冷凝器中最多能经过二次冷凝过程，有效提升 了冷凝器的冷凝效率。

8.本发明专利能够对恒温水浴温度、搅拌速率以及低压蒸馏蒸汽压力进行监控，同时可通过控制模块 对恒温水浴温度与搅拌速率进行自动控制，在能够保障处理效率的同时节省了劳动力。

9.本发明专利设计精巧，反应高效，密封性强，应用广泛，可应用于农场、密闭系统实验等场所内尿 液以及其他高含盐量污水的脱盐处理，同时也可应用于工厂内其他酶参与催化的连续性污水处理和液相反 应。

附图说明

图1为本发明专利的剖视图

图2为本发明专利的俯视图

图3为本发明专利储酶管的正视图

图中：

1-支撑架模块        2-恒温水箱模块      3-恒温水箱模块       4-废水预处理箱模块

5-低压蒸馏箱模块    6-废液收集箱模块    7-冷凝水箱模块       8-冷凝器模块

9-控制模块          10-滚轮             11-水箱隔板          12-恒温水箱箱体

13-温度传感器       14-进水口           15-出水口            16-恒温水箱顶盖

17-气阀             18-风扇             19-废水预处理箱体    20-预处理箱顶盖

21-废水进水口       22-储酶管           23-桨式搅拌器        24-旋转密封器

25-抽液管           26-抽液泵           27-管体              28-六边形镂空

29-储酶管顶盖       30-蒸馏箱体         31-蒸馏箱顶盖        32-蒸馏箱进水口

33-残液抽离管       34-压力传感器       35-减压管            36-蒸馏管

37-废液收集箱箱体   38-废液收集箱顶盖   39-废液进水口        40-废液收集箱出水口

41-玻璃窗           42-冷凝水箱箱体     43-冷凝水箱顶盖      44-冷凝水入口

45-蒸汽出口         46-冷凝水箱出水口   47-冷凝器箱体        48-小型冷凝器

49-冷却介质入口     50-冷却介质出口     51-蒸汽入口          52-冷凝水出口

53-二次冷凝蒸汽入   54-二次冷凝蒸汽出   55-真空泵            56-可编辑逻辑控制器

口                  口                                       PLC

57-控制面板         58-打开按钮         59-关闭按钮          60-急停按钮

61-电磁加热器       62-温度传感器       63-温度传感器        64-温度传感器

65-电磁加热器       66-风扇             67-恒温水箱箱体      68-恒温水箱顶盖

69-气阀             70-进水口           71-出水口            72-水箱隔板

73-桨式搅拌器       74-旋转密封器       75-压力传感器        76-抽液泵

77-玻璃窗           78-小型冷凝器       79-风扇              80-电磁加热器

81-废液收集箱隔板   82-蒸馏管

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利作进一步详细说明。

根据图1所示，本发明小型化的利用固定化脲酶催化作用的尿液处理装置，由支撑架模块1、恒温水 箱模块2、恒温水箱模块3、废水预处理箱模块4、低压蒸馏箱模块5、废液收集箱模块6、冷凝水箱模块 7，冷凝器模块8以及控制模块9组成。支撑架模块1选用不锈钢材质并设计成稳定的四方体构型，分为 上下两层，其中搭载有废水预处理箱模块4的恒温水箱模块2、搭载有低压蒸馏箱模块5的恒温水箱模块 3、废液收集箱模块6、冷凝水箱模块7和冷凝器模块8固定在支撑架模块1的上层；控制模块9固定在支 撑架下层；支撑架模块1的下面采用滚轮10移动和固定。恒温水箱模块2包括电磁加热器61、水箱隔板 11、恒温水箱箱体12、温度传感器13、温度传感器62、进水口14、出水口15、恒温水箱顶盖16、气阀 17以及风扇18；恒温水箱箱体12为长方体结构，储水体积约为40L，恒温水箱箱体12采用两层设计，其 内外表面均包裹不锈钢，中间可填充保温棉，这样设计有利于保持水箱内水浴恒温；箱体下底部连接出水 口15，出水口开关由阀门控制，以便排出水箱中多余水份或者给水箱换水；箱体两侧壁上嵌入有温度传感 器13与温度传感器62，左右对称，用于直接测定恒温水箱内的水温；整个恒温水箱的加热采用电磁加热 器61加热，电磁加热器安装于水箱底部，主要由电磁线盘、主基板、热敏电阻件与风扇组件构成，电磁加 热器旁设置两个风扇18，可对电磁加热器进行散热，恒温水浴箱的具体水浴温度可由控制模块9进行调 控；箱体底部设置一定厚度的水箱隔板11，水箱隔板11采用不锈钢材质，可将水箱储水处与电磁加热器 61隔开，同时可作为电磁加热的加热介质；根据图2所示，恒温水箱顶盖16采用不锈钢板，设计为两层， 下层顶盖于四角位置安装四个法兰，两层顶盖之间通过法兰扣紧，同时安装O型密封圈保证密封，此不锈 钢顶盖有利于蒸发水份与环境进行热交换，促进水箱内蒸发水冷凝回流；顶盖上安装一个气阀17，用以控 制水浴箱里的蒸汽压；同时顶盖上设计一个进水口14，其开关由螺塞控制，螺塞与顶盖间加入O型橡胶密 封圈进行密封。

根据图1所示，恒温水箱模块3包括电磁加热器65、水箱隔板72、恒温水箱箱体67、温度传感器63、 温度传感器64、进水口70、出水口71、恒温水箱顶盖68、气阀69以及风扇66；恒温水箱箱体67为长方 体结构，储水体积约为40L，恒温水箱箱体67采用两层设计，其内外表面均包裹不锈钢，中间可填充保温 棉，这样设计有利于保持水箱内水浴恒温；箱体下底部连接出水口71，出水口开关由阀门控制，以便排出 水箱中多余水份或者给水箱换水；箱体两侧壁上嵌入有温度传感器63与温度传感器64，左右对称，用于 直接测定恒温水箱内的水温；整个恒温水箱的加热采用电磁加热器65加热，电磁加热器安装于水箱底部， 主要由电磁线盘、主基板、热敏电阻件与风扇组件构成，电磁加热器旁设置两个风扇66，可对电磁加热器 进行散热，恒温水浴箱的具体水浴温度可由控制模块9进行调控；箱体底部设置一定厚度的水箱隔板72， 水箱隔板72采用不锈钢材质，可将水箱储水处与电磁加热器65隔开，同时可作为电磁加热的加热介质； 根据图2所示，恒温水箱顶盖68采用不锈钢板，设计为两层，下层顶盖四角位置安装四个法兰，两层顶 盖之间通过法兰扣紧，同时安装O型密封圈保证密封，此不锈钢顶盖有利于蒸发水份与环境进行热交换， 促进水箱内蒸发水冷凝回流；顶盖上安装一个气阀69，用以控制水浴箱里的蒸汽压；同时顶盖上设计一个 进水口70，其开关由螺塞控制，螺塞与顶盖间加入O型橡胶密封圈进行密封。

根据图1所示，废水预处理箱模块4包括废水预处理箱体19、废水预处理箱顶盖20、废水进水口21、 储酶管22、桨式搅拌器23、旋转密封器24、抽液管25以及抽液泵26；废水预处理箱体19呈圆柱型设计， 其储液体积约为10L，箱体采用不锈钢材质，以便于恒温水浴加热，箱体与恒温水箱顶盖16接触处采用斜 型螺旋卡扣设计，废水处理箱体可拆卸，安装时仅需沿着螺纹旋下即可；在废水预处理箱顶盖20中心轴 处设计安装桨式搅拌器23，搅拌轴下部平行安装5组共计10个搅拌桨叶，搅拌桨叶长约2-4cm，宽约1- 3cm，以保证能将处理箱内废水充分搅拌；桨式搅拌器23由搅拌机驱动，搅拌机转速可控，其具体转速可 由控制模块9进行调节，搅拌器与废水预处理箱体接触部分采用旋转密封器24进行密封处理；废水进水 口21开关由螺塞控制，螺塞与顶盖间加入O型橡胶密封圈进行密封；抽液管25与抽液泵26相连，其与 废水预处理箱顶盖20连接处利用一金属卡扣与顶盖螺旋相连；根据图2所示，废水预处理箱顶盖20采用 双层设计，其下层与废水预处理箱体19相连，并六角对称安装六个法兰，上层顶盖可通过法兰与下层顶 盖紧密结合，两层顶盖间使用O型密封圈密封，已保证处理箱内气体不会逸出；在废水预处理箱顶盖20中 心轴处设计安装桨式搅拌器23，围绕桨式搅拌器23为中心呈六方设计安装四个储酶管22、抽液管25以 及废水进水口21，上述部件均与桨式搅拌器23保持一定距离，以保证搅拌器的正常工作；根据图3所示， 储酶管22包括管体27、六边形镂空28以及储酶管顶盖29。管体27呈圆柱长管设计，管体采用不锈钢材 质，储酶管与废水预处理箱顶盖20接触处采用螺旋卡扣设计，储酶管可拆卸，安装时仅需沿着螺纹旋下 即可，储酶管顶盖29采用双层螺塞设计，其下层与管体27相连，储酶管填充酶后，上层顶盖仅需沿着螺 纹旋下即可与下层顶盖紧密结合，两层顶盖间使用O型密封圈密封，储酶管壁上均匀分布高密度的六边形 镂空28，镂空有利于待处理废水与酶接触，能提升本装置反应效率。

根据图1所示，低压蒸馏箱模块5包括蒸馏箱体30、蒸馏箱顶盖31、蒸馏箱进水口32、桨式搅拌器 73、旋转密封器74、残液抽离管33、抽液泵76、压力传感器34、减压管35以及蒸馏管36；蒸馏箱体30 呈圆柱型设计，其储液体积约为10L，箱体采用不锈钢材质，以便于恒温水浴加热；箱体与恒温水箱顶盖 68接触处采用斜型螺旋卡扣设计，蒸馏箱体可拆卸，安装时仅需沿着螺纹旋下即可；蒸馏箱顶盖31中心 处安装桨式搅拌器73，搅拌器与蒸馏箱体接触部分采用旋转密封器74进行密封处理；箱体顶部设计有残 液抽离管33，其上端与抽液泵76相连，减压蒸馏结束后，未能蒸馏的极少量剩余饱和残液将通过残液抽 离管抽出至废液收集箱模块6中；箱体上部设置一个压力传感器34，用于直接测定蒸馏箱中的蒸汽压力， 同时可以用于检查系统漏气情况；箱体上部另一侧设计一个减压管35，减压管与外界连通，其开关由阀门 控制，用于减压蒸馏结束后卸去装置内的低压；蒸馏箱上部安装蒸馏管36，其蒸汽入口处安装一个挡板， 挡板采用不锈钢材料，呈弧形设计，挡板与蒸馏管之间采用四个不锈钢棍相连接，用以防止尿液突然爆沸 进入蒸馏管，从而影响出水质量；根据图2所示，蒸馏箱顶盖31采用双层设计，两层顶盖之间通过六个 法兰紧密结合，同时两层顶盖间使用O型密封圈密封，已保证处理箱内气体不会逸出；顶盖中心处安装桨 式搅拌器73，搅拌器搅拌速率可由控制模块9进行监控调节；箱体顶部同时设计有蒸馏箱进水口32，进 水口开关由阀门控制，在废水预处理箱模块4中处理后的废水由此进入蒸馏箱进行处理；箱体顶部设计有 残液抽离管33，残液抽离管开关由阀门控制；在减压蒸馏过程中，尿液废水蒸馏出来的蒸汽通过蒸馏管36 输送至冷凝器模块8中进行冷凝后，由冷凝水箱模块7进行收集。

根据图1所示，所述废液收集箱模块6包括废液收集箱箱体37、废液收集箱顶盖38、废液进水口39、 废液收集箱出水口40、玻璃窗41、风扇79、电磁加热器80、废液收集箱隔板81以及蒸馏管82；废液收 集箱箱体37呈长方体设计，箱体采用不锈钢材质，其储液体积约为10L；箱体下端设计废液收集箱出水口 40，用以排出废液收集箱中的废液；箱体设计一个玻璃窗41，玻璃窗上标注有刻度，用以计量废液收集箱 中废液体积；废液收集箱底部安装电磁加热器80，用于给废液收集箱进行干燥加热，同时两侧安装两个风 扇79，风扇用于给电磁加热器散热，电磁加热器的功率可由控制模块9进行控制；电磁加热器80上方安 装废液收集箱隔板81，用于将电磁加热器与废液隔开，同时可起到加热介质的作用；根据图2所示，废液 收集箱顶盖38设计为两层，下层顶盖四角位置安装四个法兰，两层顶盖之间通过法兰扣紧，同时安装O型 密封圈保证密封，此设计有利于对废液收集箱进行清洗；顶盖上设计废液进水口39，其开关由阀门控制， 其上端与抽液泵76连接，在低压蒸馏箱模块5中未能蒸馏的极少量剩余饱和残液将由此进水口进入废液 收集箱中；顶盖上同时设计蒸馏管82，其开关由阀门控制，废液收集箱经过干燥处理后的水蒸气将通过蒸 馏管82进入冷凝器模块8中进行冷凝收集；根据图1所示，冷凝水箱模块7包括冷凝水箱箱体42、冷凝 水箱顶盖43、冷凝水入口44、蒸汽出口45、压力传感器75、冷凝水箱出水口46以及玻璃窗77；冷凝水 箱箱体42呈长方体设计，箱体采用不锈钢材质，其储液体积约为10L；箱体上方安装有一个压力传感器 75，用于直接测定冷凝水箱中的蒸汽压力，同时可以用于检查系统漏气情况；箱体下端设计冷凝水箱出水 口46，用以排出冷凝水箱中收集到的冷凝水；箱体设计一个玻璃窗77，玻璃窗上标注有刻度，用以计量冷 凝水箱中冷凝水体积；根据图2所示，冷凝水箱顶盖43如废液收集箱顶盖38一样设计为两层，两层顶盖 之间通过四个法兰紧密结合，同时加入O型密封圈进行密封；箱体上端设计有冷凝水入口44与蒸汽出口 45，其开关均由阀门控制，经过冷凝器模块8后液化的蒸汽由冷凝水入口44进入冷凝水箱中收集，而未 完全冷凝的蒸汽从蒸汽出口45再次进入冷凝器模块8中，此冷凝水箱能有效地收集蒸馏出的冷凝水。

根据图1所示，冷凝器模块8包括冷凝器箱体47、小型冷凝器48、小型冷凝器78、冷却介质入口49、 冷却介质出口50、蒸汽入口51、冷凝水出口52、二次冷凝蒸汽入口53、二次冷凝蒸汽出口54以及真空 泵55。冷凝器箱体47呈长方体设计，箱体采用不锈钢材质，内部安装有两个相对独立的小型冷凝器48和 小型冷凝器78，小型冷凝器中的冷凝盘管采用铜材质，以获得良好的传热效率；箱体左右两侧分别设置有 一个冷却介质入口49与一个冷却介质出口50，用以输送冷却介质；冷凝器箱体上方设置有蒸汽入口51与 二次冷凝蒸汽出口54，而下方设置有冷凝水出口52与二次冷凝蒸汽入口53，从蒸馏管36输送的蒸汽由 蒸汽入口51进入冷凝器中进行冷凝，液化后的蒸汽从冷凝水出口52进入冷凝水箱模块7中收集起来，部 分未充分冷凝的蒸汽由二次冷凝蒸汽入口53再次进入冷凝器模块8中进行二次冷凝，此设计可保证蒸汽 充分冷凝；二次冷凝蒸汽出口54与真空泵55相连，真空泵采用水环式真空泵，用来给整个减压蒸馏系统 提供低压；冷凝器与冷凝水箱、蒸馏管和真空泵的连接处均采用密封圈进行密封处理，以保证冷凝器的气 密性。控制模块9包括可编辑逻辑控制器PLC 56、控制面板57、打开按钮58、关闭按钮59以及急停按钮 60。可编辑逻辑控制器PLC 56位于控制模块的内部，其余部件位于它的外部；控制面板57采用人机界面， 控制元件包括空气断路器、接触器、按钮和中间继电器等控制电器，温度传感器监测到的温度数据、压力 传感器监测到的压力数据和桨式搅拌器的实时转速可显示于控制面板57上，两个恒温水箱的水浴温度、 两个桨式搅拌器的搅拌转速均可通过控制面板进行设置；按下打开按钮58后，控制面板57呈现参数设 置界面即开始设置，由可编辑逻辑控制器PLC 56控制完成，试验结束后按下关闭按钮59关闭设备；紧急 情况下按下急停按钮60关闭设备；该模块功能实用，操作简便。

总体来说，在往储酶管22中填充脲酶后，启动控制模块9同时分别设定好酶催化处理与减压蒸馏处 理的水浴温度和搅拌速率，使得废水预处理箱模块4中的尿液废水在恒温水箱模块2的协助下完成尿液废 水的催化处理，催化处理后的废水被抽至低压蒸馏箱模块5中，在恒温水箱模块3的加热下进行减压蒸馏 处理，蒸馏出的蒸汽在冷凝器模块8的冷凝作用下被收集于冷凝水箱模块7中，而极少量的残余饱和废液 将抽至废液收集箱模块6中。本发明专利实现了尿液废水连续处理过程的自动化控制，同时尿液废水也获 得了高效的回收处理。