臭氧消毒技术在舰船生活污水处理中的应用
摘 要: 臭氧消毒技术已在陆用工程中得到长足应用, 针对医院船等新型船舶的建造以及MEPC. 159( 55) 决议对消毒方式的要求, 臭氧消毒技术应该可以广泛应用于舰船生活污水处理系统的消毒。
关键词: 舰船, 生活污水, 臭氧消毒
目前舰船生活污水处理系统常用的消毒方式有两种: 次氯酸钠NaClO 液体或固体消毒; 紫外线消毒。次氯酸钠属于高效的含氯消毒剂。杀菌作用包括次氯酸的作用、新生氧作用和氯化作用。次氯酸钠的氧化作用是最主要的杀菌机理。次氯酸钠在水中形成次氯酸, 不仅可作用于细胞壁, 其因分子小, 不带电荷, 还可渗透入细胞内与蛋白质发生氧化作用或破坏其磷酸脱氢酶, 使糖代谢失调而至细胞死亡。其过程可表示为
NaClO+ H2O= H ClO+ NaOH
HClO —>H Cl+ [ O]
紫外线的杀菌机理是通过紫外线对细菌、病毒、芽孢病原体等微生物的辐射损伤, 以破坏其机体内DN A 的结构, 使其死亡或丧失繁殖能力。不同波段的紫外线杀菌能力不同, 只有短波紫外线( 200~ 275 nm) 才能对细菌有杀灭功能。
1 臭氧消毒技术
1. 1 臭氧杀菌的机理
臭氧O3 是氧的同素异形体, 很不稳定, 在常温下可分解为氧气[ 1] 。
臭氧对细菌的灭活反应总是进行得很迅速。与其他杀菌剂不同的是, 臭氧能与细菌细胞壁脂类双键反应, 穿入菌体内部, 作用于蛋白和脂多糖, 改变细胞的通透性, 从而导致细菌死亡。臭氧还作用于细胞内的核物质, 如核酸中的嘌呤和嘧啶破坏DNA。
臭氧对病毒的作用首先是作用于病毒衣体壳蛋白的四条多肽链, 并使RNA 受到损伤, 特别是形成蛋白质。噬菌体被臭氧氧化后, 电镜观察可见其表皮被破碎成许多碎片, 从中释放出许多核糖核酸, 干扰其吸附到寄存体上, 臭氧杀菌彻底。
1. 2 臭氧的投加量, 投加时间与杀菌效果
实验室对生活污水进行臭氧的消毒实验, 以确定投加时间和投加量。取30 L 水样, 实验臭氧发生器质量浓度25 mg/ L, 通气量3 L/ min, 进行臭氧消毒试验。每消毒1 min 取样一次, 进行细菌检测( 类大肠菌) 。具体结果见表1。
 |
从表1 可知, 在实验室静态下进行消毒试验, 当消毒时间达到3 min 时, 消毒效果已达到 MEPC159( 55) 决议要求( 100 个/ 100 mL) , 此时臭氧的投加量为7. 5 g/ m3。
( 1 000/ 30)×25×3/ 1 000= 7. 5
为此, 在实验室又对单位时间内不同的臭氧投加量进行试验, 当臭氧投加量为7. 0 ~ 8. 0 g/ m3时, 消毒已达到效果。具体结果见表2。
 |
2 臭氧的制取
人工产生臭氧的方法按原理分为光化学、电化学、原子辐射和电晕放电等几种。原子辐射法用得极少, 工业应用臭氧源大多采用电晕放电法制取。电晕放电合成臭氧是目前世界上应用最多的臭氧制取技术, 此技术能够使臭氧产量单台达 500 kg/ h 以上。
电晕放电法( 无声放电或辉光发电法)就是一种干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧的方法。常用的原料气体有: 氧气空气以及含有氯、二氧化碳, 或许还有其他惰性稀释气体的含氧混合气体。
3 次氯酸钠、紫外线、臭氧消毒的比较
次氯酸钠( NaCLO) 在舰船污水处理系统中消毒时, 是以固态或液态形式投加的, 投加量正常为小于20 mg/ L, 大于5 mg/ L, 根据MEPC( 55) 决议余氯量小于0. 5mg/ L[ 2] 时, 如果采用次氯酸钠进行消毒满足不了新标准的要求。否则需作去氯处理。同时舰船上储存该药剂, 需采用铁桶包装, 需进行防潮处理。
紫外线消毒无二次污染的担忧, 但是紫外线灯管罩易结垢, 随着时间的推移, 势必影响灯光的强度, 影响杀菌的效果。污水处理系统运行过程中需对紫外线灯管罩进行定期的清除污垢。臭氧消毒反应快、投量少、适应能力强、消毒性能稳定, 无二次污染。表3 为三种消毒方式的比较。
 |
4 臭氧消毒技术在舰船生活污水处理中的应用
某船医疗污水在进行生化处理之前, 先运用臭氧进行消毒。根据规范要求, 臭氧的投加量为 30~ 40 g/ m3 , 根据医院船总污水量, 每小时臭氧投加量为150~ 200 g / h, 故臭氧发生器选用CF-G-2-200g , 臭氧产生量为180~ 200 g/ h, 满足要求。同时考虑消毒系统的可靠性, 设置了2 台臭氧发生器一用一备。为使臭氧消毒更充分, 又设置了氧化塔, 使污水和臭氧同时进入氧化塔充分混合, 使消毒更彻底。该型医院船已服役两年多, 使用效果良好。
在满足MEPC. 159( 55) 的新型WCMBR 型生活污水处理装置上使用臭氧对处理水进行消毒, 消毒效果满足要求, 并通过了中国CCS 船级社、美国U SCG 海岸警卫队、欧共体EC 型式认可。使用臭氧消毒的WCMBR 型生活污水处理装置已装舰、船多台套得到用户的好品。
5 结束语
臭氧发生装置多为陆用型设备, 今年来, 由于国内大型舰船的建造增多, 臭氧消毒技术逐步引用至舰船上, 如何提高其可靠性, 满足舰船工况是今后该技术船用化研制的方向。
参考文献
[ 1] 陈志莉, 张 统. 医院污水处理技术及工程实例[M ] . 北京: 化学工业出版社, 2003.
[ 2] 核工业部第二研究设计院. 给水排水设计手册[ M ] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1986.
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
