细菌除氨，废水回收率达95%，NASA开发高性能水循环系统也可适用于地球

作者|生辉SynBio   来源|生辉SynBio（ID：SciPhi_SynBio）

北京时间 10 月 16 日 00 时 23 分，神舟十三号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射，并成功进入预定轨道！

图 | 神舟十三号飞船发射升空（来源：worldjournal）

兵马未动粮草先行，9 月 20 号，负责神舟十三号补给任务的天舟三号货运飞船，已经把物资送上国产天宫空间站了。

据了解，宇航员的餐食一般是特殊加工过的 “压缩砖” 和 “牙膏管”，随着科技和食物加工技术的发展，宇航员的太空餐也愈加丰富，多达 120 种，此次还专门为神舟十三号航天员准备了专属食谱。

这次飞行三名宇航员将在太空中生活 6 个月，6 个月的食物和水资源供给是一个不小的挑战，将食物和水运到离地球高达数千米的太空需消耗很多的燃料。因此在太空中实现食物和水资源自给自足一直是科学家研究的方向。

在太空生活中，水是最珍贵的资源，据估计，将 1 加仑的水运送到亚轨道太空需要花费至少 8.3 万美元。为了解决宇航员太空生活用水问题，科学家可谓想破了脑袋。

近期美国农业部的一篇名为 “H2O in Space: Waste Not, Want Not” 的报道引起诸多关注。

这篇报道表明一种新型的水回收系统可以帮助在太空中节省用水和资金，而这种水回收系统是由 NASA 、美国农业部的农业研究服务（ARS）和研究合作伙伴 Pancopia  Inc 共同开发的。他们使用一种名为 Brocadia caroliniensis 的细菌，该细菌是在北卡罗来纳州农场的猪粪污泥中发现的，以创建一个从废水中去除氨的系统。

这种细菌叫做厌氧氨氧化菌，它们通过生物化学反应，可以将污水中所含有的氨氮转化为氮气去除，该转化过程称为厌氧氨氧化 (anammox)，可以将氧气的使用量减少 60%，成本仅为传统生物脱氮系统的三分之一。

这是一种新型自养生物脱氮反应，反应无需外加有机碳源，且污泥产生量小，相对于传统硝化 / 反硝化脱氮工艺具有显著优势，对处理含高氨氮废水特别是低有机碳源废水具有重大的潜在实际应用价值。anammox 也可以冷冻干燥，以便长期保存和快速重新激活。

图 | 厌氧氨氧化菌（来源：goootech）

最关键的是氨去除过程包括将加热到 71F（71 华氏度）的废水通过装有厌氧氨氧化和其他材料的充气容器。因此，95% 的废水被回收到饮用水中，这可以减少 NASA 需要携带到船上的水量。

这款高性能水循环系统在地球上也很有用。厌氧氨氧化可以帮助牲畜生产者管理动物粪便中过量的营养物质和排放物，提供清洁水来冲洗谷仓、灌溉庄稼，并为猪提供纯净的饮用水。

近些年来，科学家在太空用水方面可下了不少功夫。NASA JSC 于 2000 年开始与纳米材料公司 Argonide 签订小企业创新研究（SBIR）合同，开发水循环过滤、消毒系统。2002 年，该公司基于纳米纤维核心技术开发出了 NanoCeram 滤芯，经验证可以为太空饮用水提供卓越的净化效果，使用该技术，宇航员的汗水及尿液亦可并入水回收系统实现高效净化。

图 | 国际空间站水回收系统（来源：NASA）

我国太空用水基本上来源于三个方面：从地球带上去的、宇航员的尿液和从空气循环系统中收集到的冷凝水。尿液蒸馏水最终是用作电解水产生氧气，舱内收集到的那些冷凝水，最后经过净化处理以后，主要用来给宇航员喝。

这种高性能水循环系统有可能解决太空的用水问题，从而减少将水运到太空的燃料消耗，继而降低成本。

其实科学家不仅想要解决宇航员在太空中的用水问题，还曾尝试在太空中培育植物来解决食物供给。

1970 年代，NASA 利用其首个空间站 —— 天空实验室（Skylab）和航天飞机开展了空间植物栽培试验研究。随着我国载人航天工程启动，各个科研单位利用早期的神舟载人飞船系列开展了石刁柏和水稻等植物的短期在轨栽培研究，之后，又利用各种航天器进行了拟南芥、水稻等植物的在轨栽培研究。2016 年底，中国航天员中心在天宫二号空间实验室进行了生菜空间栽培关键技术验证试验。

太空植物栽培的技术农场建设仍在不断探索，或许未来某一天我们真的可以实现在太空自给自足的梦想。

参考资料：

https://www.usda.gov/media/blog/2021/10/27/h2o-space-waste-not-want-not

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-10-18/doc-iktzscyy0293661.shtml

编者按：本文转载自微信公众号：生辉SynBio（ID：SciPhi_SynBio），作者：生辉SynBio