引言
随着人类对长期太空探索和行星居住的兴趣日益增长，美国宇航局 (NASA) 计划在2030年前将人类送上火星。然而，在太空环境中维持人类生命所需的资源 (如氧气、水和食物) 的供应是一个巨大挑战。由于从地球运送资源的成本极高，太空营地中产生的废水成为宝贵的资源，亟需通过循环利用技术转化为可用的生命支持物质。来自路易斯安那大学能源研究所的Bimi Shrestha博士及其团队在 BioTech 期刊发表了文章，提出了一种用于太空探索废水处理技术研究的模拟废水配方，该研究为太空营地废水管理系统的开发提供了重要支持。
研究背景与意义
在长期太空任务中，废水主要由宇航员的粪便、尿液和食物残渣组成，其特性与地球上的市政废水存在显著差异。传统的市政废水无法准确模拟太空营地废水的特性，而直接使用真实人类粪便和尿液又存在安全和健康风险。因此，开发一种安全、易制备且能准确模拟太空营地废水特性的合成废水配方，成为废水处理技术研究的关键。
研究团队通过文献综述发现，现有的合成废水配方均无法满足太空营地废水的模拟需求。为此，团队设计了一种新型合成废水配方，并通过化学分析和生物降解实验验证了其可行性和实用性。该配方不仅避免了使用真实人类粪便和尿液，还通过模拟太空营地废水的物理、化学和生物降解特性，为废水处理技术的研发提供了可靠的研究基础。
研究方法与配方设计
研究团队首先对模拟人类粪便、尿液和合成废水的文献进行了系统综述，总结了其主要成分和比例。基于此，团队提出了一种合成废水配方，其特点包括：
碳源多样性：以淀粉、葡萄糖、醋酸钠和花生油为主要碳源，模拟粪便、尿液和食物残渣的复杂成分。
氮源与矿物质：添加尿素、氯化铵和肽作为氮源，同时包含钾、钙和镁等矿物质，模拟尿液中的盐分。
替代粪便：使用狗粮和狗粪便模拟人类粪便，避免了真实人类粪便的安全隐患。
可调节性：配方设计为浓缩液，可根据实验需求稀释，适用于不同强度的废水处理研究。
实验室规模 (8L) 厌氧消化合成废水的沼气池装置。
团队还通过化学分析测试了配方的关键参数，包括pH值、化学需氧量 (COD)、总有机碳 (TOC) 和总氮 (TN) 等，确保其与预期太空废水特性一致。
实验结果与验证
为了验证配方的生物降解性，研究团队进行了厌氧消化实验。实验采用8升批式消化器，在37°C下运行21天。结果显示，对合成废水分批进料消化，可溶COD去除率达53%，超过30%的总有机碳被去除，这也是所使用的消化系统 (21天孵育) 的预期效果。这些结果证明了该配方在生物处理系统中的可行性，能够有效模拟太空废水的降解特性。
总结
该研究提出的合成废水配方为太空探索废水处理技术的研发提供了重要工具。其优势包括：安全性：避免使用真实人类粪便和尿液，降低实验室操作风险；准确性：通过科学配比模拟太空废水的物理、化学和生物特性；灵活性：可根据实验需求调整浓度，适用于不同研究场景。这项研究不仅解决了太空废水处理技术研发中的关键问题，还为未来行星居住的可持续资源管理提供了科学依据。通过循环利用废水中的宝贵资源，人类在太空中的长期生存将变得更加可行。
原文出自 BioTech 期刊：https://www.mdpi.com/2062330
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/biotech
BioTech 期刊介绍
主编：Massimo Negrini, University of Ferrara, Italy
期刊涵盖生物技术各个领域的实验和理论结果，包括生物制药；开发转基因植物、动物或水生生物，以解决农业食品的生产或质量问题，以及医学上的新方法；在环境部门的应用，旨在维持生物多样性和清除污染物；开发生物体或酶以生产有用化学品或销毁危险/污染化学品；生物信息学方法。
2023 Impact Factor：2.7
2023 CiteScore：3.7
Time to First Decision：26.1 Days
Acceptance to Publication：2.6 Days
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