臭氧化消毒技術在海水消毒凈化中的應用
一. 背景和意義
陸地淡水資源緊缺已成為世界性的危機。本世紀以來,世界農業用水增長了37倍、城市生活用水增長了12倍、工業用水增長了20倍;現在每年還以4~5%的速度增長。目前已有100多個國家受到水源缺少的困擾,嚴重影響人民健康和社會經濟發展。尤其我國是淡水資源奇缺的國家之一,人均淡水占有量僅2400m3/年。是世界人均占有量的1/4,特別是十四個沿海開放城市中,就有天津、青島、大連等九個城市缺水,人均淡水占有量僅為400 m3/年。據測算我國每年因缺水而損失工業產值達2400億元,因此沿海城鎮豐富的海水資源的利用,當是解決淡水源不足的重要出路。
海水綜合利用主要指的是海水淡化、海水直接利用、海水資源提取等技術產業,其中海水直接利用系指工業用冷卻水、洗滌用水和生活中的海水沖廁。而城市中工業用水占總用水量的80%,冷卻水占工業用水的80%。尤其是沿海城鎮中進行海產品加工、冷凍、冷藏的廠家很多,洗滌用水量很大;眾多的腸衣廠洗滌用水量更是可觀:占本行業用水量的90%以上,本項目在這方面極有推廣價值,對緩解沿海城鎮用水作用非同小可。
1992年2月山東省食品進出口公司青島冷藏廠擬定在擴建廠房的同時,對原來采用加氯進行海水消毒的方法進行改革,以提高水產品加工中所用洗滌海水的水質。并于1992年11月委托國家海洋局第一海洋研究所實施。課題組經過認真論證、設計,1994年5月開工興建,10月建成一座處理量為200m3/h、細菌學指標和感官指標都優于國家飲水標準的現代化海水處理站。同年12月4日通過甲方組織的應用驗收。
二. 主要技術內容
臭氧的性質和消毒凈化機理
臭氧是氧的不穩定的同素異構體,具有不同于其它消毒劑的特性:
1.不穩定性。易分解成氧,不會造成二次污染。
2.強氧化性。它的這一特性,決定它具有極強的消毒效果。
3.易溶于水。這就大大提高了它在水中的消毒效果。
4.它是氣體,呈游離狀態。
理想的消毒設備不僅能殺死所有的致病細菌(病原體)和病毒,還能去除某些洗滌劑、農藥中致色、致味、致臭等耐生物降解的物質。合理利用臭氧化消毒技術,控制臭氧的投加量,可同時完成以上工作,不用另外添加其它藥物。
臭氧殺滅細菌和病毒的作用,通常是物理的、化學的及生物的等幾個方面的綜合作用。其作用機制為:
1.作用于細胞膜導致細胞膜的通透性增加,細胞內物質外流,使細胞失去活力。
2.使細胞活動必須的酶失去活性,這些酶是合成細胞的重要成分。
3.破壞細胞質內的遺傳物質,直接破壞其RNA(核糖核酸)和DNA(脫脂核糖核酸)物質,導致新陳代謝障礙,直至死亡,這一過程是不可逆的反應,是極為迅速的。
人工產生臭氧的方法較多,有電化學法、光化學法、高壓電暈放電法等等,其中以高壓電暈放電法產量最高、最經濟、最實用,所以目前世界各國的臭氧發生裝置多采用此法。其原理是原自自然界電閃雷擊產生臭氧的原理。
臭氧消亡的途徑,可以說有兩個,一是自然消亡,臭氧在250nm-320nm的紫外線照射下自然分解為02 ;二是化合消亡,臭氧是強氧化劑,它可與任何物質反應,化合消亡。由此使臭氧變成了不穩定,可迅速分解的物質。
臭氧化消毒技術的優點:
1.臭氧消毒作用是極強的,殺菌力強,菌譜寬,不管是細菌病毒,還是未萌動的飽子都具有殺滅作用。
2.殺滅速度快,約為氯的百倍以上。
3.臭氧消毒過程中產生的氧化物是無毒、無味、能生物降解的物質。
4.臭氧能很快分解成為氧,不會產生二次污染,被人們稱之為“潔凈的消毒劑”。所以,過分使用不會產生危害。
5.臭氧的消毒作用受pH和溫度影響較小。
6.臭氧是氣體游離狀態,消毒中不會產生死角。
7.臭氧在消毒過程中,通過其氧化絮凝作用起到一定的凈化作用。
8.臭氧消毒技術可用于飲用水、海水、污水處理,也可用于環境物體等的消毒,應用范圍廣,被稱之為“萬能消毒劑”。
9.臭氧在應用中,只能就地產生。所以,簡便、安全、可靠、經濟。
工藝流程的制定
在總結了我們以往對臭氧化消毒實驗、研究和應用的基礎上,又進行了資料文獻的匯集,同時參觀和考察了臭氧化飲用水處理廠,并在實驗室里進行了較長時間的海水消毒模擬實驗,取得了一定的實驗數據,從而提出了可行性報告、工藝流程方案、設備型號選擇方案。
1.設置自灌式一級提水泵房,內設IS-100水泵3臺,根據需要水量開啟一或二臺,另一臺備用。
2.為濾除海水中懸浮物(ss)和雜質,設GSL22.6高速過濾一臺,濾水量為200m3/h。
3.為保證連續用水的要求,克服最低潮時一級泵短時間(約2h)提不上水的需要,設置了蓄水池,蓄水量約為300m3,并在二級泵房設置從蓄水池向消毒池提水的跨接泵一臺。
4.為保證消毒時間,消毒池內設置隔墻,使海水流向為折流方式。
5.臭氧的產量與空氣的干濕程度有很大關系,空氣中含水量越少,臭氧產量越高,設備的壽命也越長,為此我們設置了一整套的空氣處理系統。
6.臭氧發生器采用了 QHW-500型,其臭氧含量可根據需要,通過使用不同高壓和氣量進行一定量的調節。
7.二級泵設二臺調頻泵,把消毒后的海水送往使用地。
8.為節約用地,整個海水處理站設計成兩層,一層為水池,一層為設備,設備在水池上面。
在整個工藝設計中我們堅持了既要達到消毒指標,又要節約經費和用地的目的,在設備的運用中,既要可靠耐用,又要經濟節省。
三.應用情況及開發利用前景
該項目5年來運行良好,水質處理情況達到預期目的,超過設計要求。如前所述,該項目對沿海城鎮中眾多海產品加工、冷凍、冷藏廠很有推廣價值,開發前景良好。
本工程處理海水200 m3/h,總投資約為90萬元,進行中用電80kw/h,人工費20元/h,年維持費1萬元,以每日8h工作計算,設備運行10年,則處理水量500萬m3/10年,總費用為232萬元,折合計算低于0.5元/ m3,工業用自來水以1.5元/m3計算,10年合計可節省500萬元,其經濟效益是可觀的。對我國這樣一個嚴重缺水的國家其社會效益更是不言而喻的。
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