摘 要: 臭氧消毒技術已在陸用工程中得到長足應用, 針對醫院船等新型船舶的建造以及MEPC. 159( 55) 決議對消毒方式的要求, 臭氧消毒技術應該可以廣泛應用于艦船生活污水處理系統的消毒。
關鍵詞: 艦船, 生活污水, 臭氧消毒
目前艦船生活污水處理系統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, 還可滲透入細胞內與蛋白質發生氧化作用或破壞其磷酸脫氫酶, 使糖代謝失調而至細胞死亡。其過程可表示為
NaClO+ H2O= H ClO+ NaOH
HClO —>H Cl+ [ 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DN A 的結構, 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~ 275 nm) 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的核物質, 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。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30 L 水樣, 實驗臭氧發生器質量濃度25 mg/ L, 通氣量3 L/ min, 進行臭氧消毒試驗。每消毒1 min 取樣一次, 進行細菌檢測( 類大腸菌) 。具體結果見表1。
從表1 可知, 在實驗室靜態下進行消毒試驗, 當消毒時間達到3 min 時, 消毒效果已達到 MEPC159( 55) 決議要求( 100 個/ 100 mL) , 此時臭氧的投加量為7. 5 g/ m3。
( 1 000/ 30)×25×3/ 1 000= 7. 5
為此, 在實驗室又對單位時間內不同的臭氧投加量進行試驗, 當臭氧投加量為7. 0 ~ 8. 0 g/ m3時, 消毒已達到效果。具體結果見表2。
2 臭氧的制取
人工產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量單臺達 500 kg/ h 以上。
電暈放電法( 無聲放電或輝光發電法)就是一種干燥的含氧氣體流過電暈放電區產生臭氧的方法。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中消毒時, 是以固態或液態形式投加的, 投加量正常為小于20 mg/ L, 大于5 mg/ L, 根據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
某船醫療污水在進行生化處理之前, 先運用臭氧進行消毒。根據規范要求, 臭氧的投加量為 30~ 40 g/ m3 , 根據醫院船總污水量, 每小時臭氧投加量為150~ 200 g / h, 故臭氧發生器選用CF-G-2-200g , 臭氧產生量為180~ 200 g/ h, 滿足要求。同時考慮消毒系統的可靠性, 設置了2 臺臭氧發生器一用一備。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U SCG 海岸警衛隊、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 結束語
臭氧發生裝置多為陸用型設備, 今年來, 由于國內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。
參考文獻
[ 1] 陳志莉, 張 統. 醫院污水處理技術及工程實例[M ] . 北京: 化學工業出版社, 2003.
[ 2] 核工業部第二研究設計院. 給水排水設計手冊[ M ] . 北京: 中國建筑工業出版社, 1986. 來源：航海工程 作者: 朱巧英
