臭氧消毒技术处理舰船生活污水 - 水资源

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= HClO+ NaOH

HClO —>HCl+ [ 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DNA 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(200~275nm) 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1min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3min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。

(1000/ 30)×25×3/1000=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20mg/L, 大于5mg/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~ 200g/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，同时可以查看中国污水处理工程网更多关于臭氧消毒技术处理废水的技术文档。

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.