技術：臭氧消毒技術處理艦船生活污水

    目前艦船生活污水處理系統(tǒng)常用的消毒方式有兩種:次氯酸鈉NaClO液體或固體消毒;紫外線消毒。次氯酸鈉屬于高效的含氯消毒劑。殺菌作用包括次氯酸的作用、新生氧作用和氯化作用。次氯酸鈉的氧化作用是最主要的殺菌機理。次氯酸鈉在水中形成次氯酸,不僅可作用于細胞壁,其因分子小,不帶電荷,還可滲透入細胞內(nèi)與蛋白質(zhì)發(fā)生氧化作用或破壞其磷酸脫氫酶,使糖代謝失調(diào)而至細胞死亡。其過程可表示為

    NaClO+H2O=HClO+NaOH

    HClO—>HCl+[O]

    紫外線的殺菌機理是通過紫外線對細菌、病毒、芽孢病原體等微生物的輻射損傷,以破壞其機體內(nèi)DNA的結(jié)構(gòu),使其死亡或喪失繁殖能力。不同波段的紫外線殺菌能力不同,只有短波紫外線(200~275nm)才能對細菌有殺滅功能。

    1臭氧消毒技術

    1.1臭氧殺菌的機理

    臭氧O3是氧的同素異形體,很不穩(wěn)定,在常溫下可分解為氧氣[1]。

    臭氧對細菌的滅活反應總是進行得很迅速。與其他殺菌劑不同的是,臭氧能與細菌細胞壁脂類雙鍵反應,穿入菌體內(nèi)部,作用于蛋白和脂多糖,改變細胞的通透性,從而導致細菌死亡。臭氧還作用于細胞內(nèi)的核物質(zhì),如核酸中的嘌呤和嘧啶破壞DNA。

    臭氧對病毒的作用首先是作用于病毒衣體殼蛋白的四條多肽鏈,并使RNA受到損傷,特別是形成蛋白質(zhì)。噬菌體被臭氧氧化后,電鏡觀察可見其表皮被破碎成許多碎片,從中釋放出許多核糖核酸,干擾其吸附到寄存體上,臭氧殺菌徹底。

    1.2臭氧的投加量,投加時間與殺菌效果

    實驗室對生活污水進行臭氧的消毒實驗,以確定投加時間和投加量。取30L水樣,實驗臭氧發(fā)生器質(zhì)量濃度25mg/L,通氣量3L/min,進行臭氧消毒試驗。每消毒1min取樣一次,進行細菌檢測(類大腸菌)。

    在實驗室靜態(tài)下進行消毒試驗,當消毒時間達到3min時,消毒效果已達到MEPC159(55)決議要求(100個/100mL),此時臭氧的投加量為7.5g/m3。

    (1000/30)×25×3/1000=7.5

    為此,在實驗室又對單位時間內(nèi)不同的臭氧投加量進行試驗,當臭氧投加量為7.0~8.0g/m3時,消毒已達到效果。具體結(jié)果見表2。

    2臭氧的制取

    人工產(chǎn)生臭氧的方法按原理分為光化學、電化學、原子輻射和電暈放電等幾種。

    原子輻射法用得極少,工業(yè)應用臭氧源大多采用電暈放電法制取。 電暈放電合成臭氧是目前世界上應用最多的臭氧制取技術,此技術能夠使臭氧產(chǎn)量單臺達500kg/h以上。

    電暈放電法(無聲放電或輝光發(fā)電法)就是一種干燥的含氧氣體流過電暈放電區(qū)產(chǎn)生臭氧的方法。常用的原料氣體有:氧氣空氣以及含有氯、二氧化碳,或許還有其他惰性稀釋氣體的含氧混合氣體。

    3次氯酸鈉、紫外線、臭氧消毒的比較

    次氯酸鈉(NaCLO)在艦船污水處理系統(tǒng)中消毒時,是以固態(tài)或液態(tài)形式投加的,投加量正常為小于20mg/L,大于5mg/L,根據(jù)MEPC(55)決議余氯量小于0.5mg/L[2]時,如果采用次氯酸鈉進行消毒滿足不了新標準的要求。否則需作去氯處理。同時艦船上儲存該藥劑,需采用鐵桶包裝,需進行防潮處理。

    紫外線消毒無二次污染的擔憂,但是紫外線燈管罩易結(jié)垢,隨著時間的推移,勢必影響燈光的強度,影響殺菌的效果。污水處理系統(tǒng)運行過程中需對紫外線燈管罩進行定期的清除污垢。臭氧消毒反應快、投量少、適應能力強、消毒性能穩(wěn)定,無二次污染。表3為三種消毒方式的比較。

    4臭氧消毒技術在艦船生活污水處理中的應用

    某船醫(yī)療污水在進行生化處理之前,先運用臭氧進行消毒。根據(jù)規(guī)范要求,臭氧的投加量為30~40g/m3,根據(jù)醫(yī)院船總污水量,每小時臭氧投加量為150~200g/h,故臭氧發(fā)生器選用CF-G-2-200g,臭氧產(chǎn)生量為180~200g/h,滿足要求。同時考慮消毒系統(tǒng)的可靠性,設置了2臺臭氧發(fā)生器一用一備。為使臭氧消毒更充分,又設置了氧化塔,使污水和臭氧同時進入氧化塔充分混合,使消毒更徹底。該型醫(yī)院船已服役兩年多,使用效果良好，同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多關于臭氧消毒技術處理廢水的技術文檔。

    在滿足MEPC.159(55)的新型WCMBR型生活污水處理裝置上使用臭氧對處理水進行消毒,消毒效果滿足要求,并通過了中國CCS船級社、美國USCG海岸警衛(wèi)隊、歐共體EC型式認可。使用臭氧消毒的WCMBR型生活污水處理裝置已裝艦、船多臺套得到用戶的好品。

    5結(jié)束語

    臭氧發(fā)生裝置多為陸用型設備,今年來,由于國內(nèi)大型艦船的建造增多,臭氧消毒技術逐步引用至艦船上,如何提高其可靠性,滿足艦船工況是今后該技術船用化研制的方向。