技術(shù)：臭氧消毒技術(shù)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(jī)理。次氯酸鈉在水中形成次氯酸,不僅可作用于細(xì)胞壁,其因分子小,不帶電荷,還可滲透入細(xì)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(xì)胞死亡。其過程可表示為

    NaClO+H2O=HClO+NaOH

    HClO—>HCl+[O]

    紫外線的殺菌機(jī)理是通過紫外線對(duì)細(xì)菌、病毒、芽孢病原體等微生物的輻射損傷,以破壞其機(jī)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(duì)細(xì)菌有殺滅功能。

    1臭氧消毒技術(shù)

    1.1臭氧殺菌的機(jī)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(duì)細(xì)菌的滅活反應(yīng)總是進(jìn)行得很迅速。與其他殺菌劑不同的是,臭氧能與細(xì)菌細(xì)胞壁脂類雙鍵反應(yīng),穿入菌體內(nèi)部,作用于蛋白和脂多糖,改變細(xì)胞的通透性,從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。臭氧還作用于細(xì)胞內(nèi)的核物質(zhì),如核酸中的嘌呤和嘧啶破壞DNA。

    臭氧對(duì)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(shí)間與殺菌效果

    實(shí)驗(yàn)室對(duì)生活污水進(jìn)行臭氧的消毒實(shí)驗(yàn),以確定投加時(shí)間和投加量。取30L水樣,實(shí)驗(yàn)臭氧發(fā)生器質(zhì)量濃度25mg/L,通氣量3L/min,進(jìn)行臭氧消毒試驗(yàn)。每消毒1min取樣一次,進(jìn)行細(xì)菌檢測(cè)(類大腸菌)。

    在實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)下進(jìn)行消毒試驗(yàn),當(dāng)消毒時(shí)間達(dá)到3min時(shí),消毒效果已達(dá)到MEPC159(55)決議要求(100個(gè)/100mL),此時(shí)臭氧的投加量為7.5g/m3。

    (1000/30)×25×3/1000=7.5

    為此,在實(shí)驗(yàn)室又對(duì)單位時(shí)間內(nèi)不同的臭氧投加量進(jìn)行試驗(yàn),當(dāng)臭氧投加量為7.0~8.0g/m3時(shí),消毒已達(dá)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(xué)、電化學(xué)、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(yīng)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(yīng)用最多的臭氧制取技術(shù),此技術(shù)能夠使臭氧產(chǎn)量單臺(tái)達(dá)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(shí),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(shí),如果采用次氯酸鈉進(jìn)行消毒滿足不了新標(biāo)準(zhǔn)的要求。否則需作去氯處理。同時(shí)艦船上儲(chǔ)存該藥劑,需采用鐵桶包裝,需進(jìn)行防潮處理。

    紫外線消毒無二次污染的擔(dān)憂,但是紫外線燈管罩易結(jié)垢,隨著時(shí)間的推移,勢(shì)必影響燈光的強(qiáng)度,影響殺菌的效果。污水處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中需對(duì)紫外線燈管罩進(jìn)行定期的清除污垢。臭氧消毒反應(yīng)快、投量少、適應(yīng)能力強(qiáng)、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(shù)在艦船生活污水處理中的應(yīng)用

    某船醫(yī)療污水在進(jìn)行生化處理之前,先運(yùn)用臭氧進(jìn)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(shí)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(shí)考慮消毒系統(tǒng)的可靠性,設(shè)置了2臺(tái)臭氧發(fā)生器一用一備。為使臭氧消毒更充分,又設(shè)置了氧化塔,使污水和臭氧同時(shí)進(jìn)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(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多關(guān)于臭氧消毒技術(shù)處理廢水的技術(shù)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(duì)處理水進(jìn)行消毒,消毒效果滿足要求,并通過了中國CCS船級(jí)社、美國USCG海岸警衛(wèi)隊(duì)、歐共體EC型式認(rèn)可。使用臭氧消毒的WCMBR型生活污水處理裝置已裝艦、船多臺(tái)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(shè)備,今年來,由于國內(nèi)大型艦船的建造增多,臭氧消毒技術(shù)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(shù)船用化研制的方向。