臭氧在海水消毒净化中的应用

一.背景和意义

    陆地淡水资源紧缺已成为世界性的危机。本世纪以来，世界农业用水增长了37倍、城市生活用水增长了12倍、工业用水增长了20倍；现在每年还以4～5%的速度增长。目前已有100多个国家受到水源缺少的困扰，严重影响人民健康和社会经济发展。尤其我国是淡水资源奇缺的国家之一，人均淡水占有量仅2400m3/年。是世界人均占有量的1/4，特别是十四个沿海开放城市中，就有天津、青岛、大连等九个城市缺水，人均淡水占有量仅为400 m3/年。据测算我国每年因缺水而损失工业产值达2400亿元，因此沿海城镇丰富的海水资源的利用，当是解决淡水源不足的重要出路。

　　海水综合利用主要指的是海水淡化、海水直接利用、海水资源提取等技术产业，其中海水直接利用系指工业用冷却水、洗涤用水和生活中的海水冲厕。而城市中工业用水占总用水量的80%，冷却水占工业用水的80%。尤其是沿海城镇中进行海产品加工、冷冻、冷藏的厂家很多，洗涤用水量很大；众多的肠衣厂洗涤用水量更是可观：占本行业用水量的90%以上，本项目在这方面极有推广价值，对缓解沿海城镇用水作用非同小可。

    1992年2月山东省食品进出口公司青岛冷藏厂拟定在扩建厂房的同时，对原来采用加氯进行海水消毒的方法进行改革，以提高水产品加工中所用洗涤海水的水质。并于1992年11月委托国家海洋局第一海洋研究所实施。课题组经过认真论证、设计，1994年5月开工兴建，10月建成一座处理量为200m3/h、细菌学指标和感官指标都优于国家饮水标准的现代化海水处理站。同年12月4日通过甲方组织的应用验收。

二. 主要技术内容

臭氧的性质和消毒净化机理

臭氧是氧的不稳定的同素异构体，具有不同于其它消毒剂的特性：

1．不稳定性。易分解成氧，不会造成二次污染。

2．强氧化性。它的这一特性，决定它具有极强的消毒效果。

3．易溶于水。这就大大提高了它在水中的消毒效果。

4．它是气体，呈游离状态。

　　理想的消毒设备不仅能杀死所有的致病细菌（病原体）和病毒，还能去除某些洗涤剂、农药中致色、致味、致臭等耐生物降解的物质。合理利用臭氧化消毒技术，控制臭氧的投加量，可同时完成以上工作，不用另外添加其它药物。

臭氧杀灭细菌和病毒的作用，通常是物理的、化学的及生物的等几个方面的综合作用。其作用机制为：

1．作用于细胞膜导致细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，使细胞失去活力。

2．使细胞活动必须的酶失去活性，这些酶是合成细胞的重要成分。

3．破坏细胞质内的遗传物质，直接破坏其RNA（核糖核酸）和DNA（脱脂核糖核酸）物质，导致新陈代谢障碍，直至死亡，这一过程是不可逆的反应，是极为迅速的。

　　人工产生臭氧的方法较多，有电化学法、光化学法、高压电晕放电法等等，其中以高压电晕放电法产量最高、最经济、最实用，所以目前世界各国的臭氧发生装置多采用此法。其原理是原自自然界电闪雷击产生臭氧的原理。

　　臭氧消亡的途径，可以说有两个，一是自然消亡，臭氧在250nm-320nm的紫外线照射下自然分解为02 ；二是化合消亡，臭氧是强氧化剂，它可与任何物质反应，化合消亡。由此使臭氧变成了不稳定，可迅速分解的物质。

臭氧化消毒技术的优点：

1．臭氧消毒作用是极强的，杀菌力强，菌谱宽，不管是细菌病毒，还是未萌动的饱子都具有杀灭作用。

2．杀灭速度快，约为氯的百倍以上。

3．臭氧消毒过程中产生的氧化物是无毒、无味、能生物降解的物质。

4．臭氧能很快分解成为氧，不会产生二次污染，被人们称之为“洁净的消毒剂”。所以，过分使用不会产生危害。

5．臭氧的消毒作用受pH和温度影响较小。

6．臭氧是气体游离状态，消毒中不会产生死角。

7．臭氧在消毒过程中，通过其氧化絮凝作用起到一定的净化作用。

8．臭氧消毒技术可用于饮用水、海水、污水处理，也可用于环境物体等的消毒，应用范围广，被称之为“万能消毒剂”。

9．臭氧在应用中，只能就地产生。所以，简便、安全、可靠、经济。

工艺流程的制定

　　在总结了我们以往对臭氧化消毒实验、研究和应用的基础上，又进行了资料文献的汇集，同时参观和考察了臭氧化饮用水处理厂，并在实验室里进行了较长时间的海水消毒模拟实验，取得了一定的实验数据，从而提出了可行性报告、工艺流程方案、设备型号选择方案。

根据实验所取得的数据，厂方的要求和现场情况，我们制定了如下工艺流程：

臭氧化消毒工艺流程框图

1．设置自灌式一级提水泵房，内设IS-100水泵3台，根据需要水量开启一或二台，另一台备用。

2．为滤除海水中悬浮物（ss）和杂质，设GSL22.6高速过滤一台，滤水量为200m3/h。

3.为保证连续用水的要求，克服最低潮时一级泵短时间（约2h）提不上水的需要，设置了蓄水池，蓄水量约为300m3,并在二级泵房设置从蓄水池向消毒池提水的跨接泵一台。

4.为保证消毒时间，消毒池内设置隔墙，使海水流向为折流方式。

5.臭氧的产量与空气的干湿程度有很大关系，空气中含水量越少，臭氧产量越高，设备的寿命也越长，为此我们设置了一整套的空气处理系统。

6.臭氧发生器采用了 QHW-500型，其臭氧含量可根据需要，通过使用不同高压和气量进行一定量的调节。

7.二级泵设二台调频泵，把消毒后的海水送往使用地。

8.为节约用地，整个海水处理站设计成两层，一层为水池，一层为设备，设备在水池上面。

　　在整个工艺设计中我们坚持了既要达到消毒指标，又要节约经费和用地的目的，在设备的运用中，既要可靠耐用，又要经济节省。

三．应用情况及开发利用前景

　　该项目5年来运行良好，水质处理情况达到预期目的，超过设计要求。如前所述，该项目对沿海城镇中众多海产品加工、冷冻、冷藏厂很有推广价值，开发前景良好。

　　本工程处理海水200 m3/h，总投资约为90万元，进行中用电80kw/h,人工费20元/h，年维持费1万元，以每日8h工作计算，设备运行10年，则处理水量500万m3/10年，总费用为232万元，折合计算低于0.5元/ m3，工业用自来水以1.5元/m3计算，10年合计可节省500万元，其经济效益是可观的。对我国这样一个严重缺水的国家其社会效益更是不言而喻的。