船舶反滲透淡化水消毒實驗研究

陳金增+馮巧蓮

摘 要：本文對次氯酸鈣和二氧化氯消毒劑用于船舶反滲透淡化水的消毒效果及影響進行了實驗研究，通過不同消毒劑量、不同作用時間、不同菌群濃度的實驗，研究了反滲透淡化水PH值、TDS、濁度、菌群數(shù)量、余氯等參數(shù)的變化；研究結果表明：次氯酸鈣和二氧化氯用于反滲透淡化水的消毒具有消毒效果明顯、使用方便、對水質無明顯影響等優(yōu)點，二氧化氯使用濃度高時，會造成水的PH值降低，因此，需合理控制消毒劑使用量。

關鍵詞：反滲透；淡化水；消毒；次氯酸鈣；二氧化氯

中圖分類號：U664.5 文獻標識碼：A

1 引言

船舶遠航過程中，人員、設備每天消耗大量淡水，為此，大中型船舶都裝備海水淡化裝置以提供淡水，目前船用海水淡化裝置多數(shù)采用反滲透技術，研究及實際使用表明，淡化水水質基本滿足國家生活飲用水衛(wèi)生標準（GB5749-2006）要求，主要存在的問題在于由于淡化水未經(jīng)調質處理，PH值較低，呈弱酸性，對淡水管路的腐蝕嚴重，造成水濁度超標，而且單級反滲透處理的淡化水硼含量超過GB5749的規(guī)定值，采用二級反滲透處理，硼含量才能符合規(guī)定，因此，反滲透淡化水必須經(jīng)調質處理后才能滿足長期飲用的要求；但是，淡水儲存使用過程中，由于存儲水艙、供水管路、閥件等存在污染風險，造成淡水微生物超標，經(jīng)對部分船舶水艙水實驗室檢測發(fā)現(xiàn)濁度超標62.79%，余氯不達標率高達95.45%，PH值不合格率4.55%，鐵超標率31.82%，耗氧量超標率9.09%，細菌總數(shù)超標率15.91%，大腸菌群超標率27.27%，未檢出細菌的僅占9.09%。因此必須定期對水進行消毒處理，以保證用水安全。美國海軍艦艇飲用水主要采用反滲透和蒸餾技術進行海水淡化獲得，對飲用水消毒有嚴格規(guī)定，主要采用有機溴、次氯酸鈣（鈉）等進行化學消毒，對水中余氯提出了0.2ppm的規(guī)定，同時對飲用水的定期檢測項目有詳細規(guī)定。羅凡、梁江浩、郭朝義等對飲用水消毒及氯消毒劑用于飲用水消毒進行了研究， 海軍醫(yī)學研究所的黃富民等對艦船飲用水二次消毒的方法等進行了比較，提出了適用于艦船使用的次氯酸鈣、微電解等多種消毒措施。L. M. Brennan等對飲用水消毒劑的毒性進行了研究，美國環(huán)境保護署對小型公共/私人供水的消毒產(chǎn)物做出了規(guī)定。

傳統(tǒng)的水消毒措施主要有：氯氣、液氯、次氯酸鈣（鈉）、二氧化氯、有機溴、微電解、金屬離子、臭氧等化學消毒措施，紫外線、加熱等物理消毒措施，經(jīng)過自來水廠多年的使用實踐證明，只要合理控制化學消毒劑的用量（GB5749-2006規(guī)定，水廠供水中的余氯不低于0.2ppm），以上消毒措施安全有效，保證了居民生活用水的安全、衛(wèi)生要求。針對船舶反滲透海水淡化獲得的淡水，由于水質呈弱酸性，鈣、鎂離子等含量低，屬于軟水，采用以上化學消毒措施的消毒效果、對水質的影響等方面未經(jīng)系統(tǒng)研究。

次氯酸鈣（鈉）、二氧化氯作為固體消毒劑，存儲方便，投加簡單，濃度容易控制，滿足船舶實際使用條件，作為反滲透淡化水消毒劑是本文的研究重點內容。

2 反滲透淡化水的消毒實驗

2.1 主要參數(shù)檢測儀器

主要檢測項目及檢測儀器見表1。

2.2 實驗過程

實驗用消毒劑為購置符合GB/T 10666和GB 26366質量要求的次氯酸鈣、二氧化氯固體，按使用說明要求稱取次氯酸鈣10g，溶于200ml純水中，配制400ppm消毒液，充分溶解后，取上清液待用；取10%二氧化氯1g溶于200ml純水中，配制500ppm消毒液，取上清液待用。

試驗過程按照“生活飲用水消毒劑和消毒設備衛(wèi)生安全評價方法（試行）”的規(guī)定，試驗細菌選用8099大腸桿菌；將符合實驗標準的8099大腸桿菌菌株放入滅菌的培養(yǎng)液中，置于培養(yǎng)箱在37℃條件下培養(yǎng)24小時，利用細菌計數(shù)儀檢測菌群數(shù)量。

實驗水樣直接來自反滲透淡化水，實驗過程控制水樣溫度20～25℃范圍。

2.3 次氯酸鈣消毒實驗

試驗用容器、工具經(jīng)消毒處理，取反滲透淡化水三份各300 ml，PH值6.5～8.5，投入培養(yǎng)的大腸桿菌8099，通過計數(shù)器檢測菌群濃度分別為5.4×104/L、5.4×106/l、5.4×108/l，分別加入次氯酸鈣上清液0.2ml，控制有效余氯在0.05-0.3 mg/l之間，按照三個作用時間1 h、2 h和3 h進行消毒效果的對比，作用時間結束，進行菌群計數(shù)、TDS、余氯、PH值、濁度檢測，實驗結構如圖1-圖5所示：

2.4 二氧化氯消毒實驗

試驗用容器、工具經(jīng)消毒處理，取反滲透水5份各300 ml，PH值6.5～8.5，投入大腸桿菌數(shù)5.4×106/l，分別加入二氧化氯消毒液，控制有效余二氧化氯在0.5-25ppm之間，按照三個作用時間1 h、2 h和3 h進行消毒效果的對比，如圖6-圖10所示：

3 實驗結果分析

3.1 次氯酸鈣消毒效果分析

對圖1～5次氯酸鈣的實驗結果進行分析，由圖1可以看出，次氯酸鈣消毒劑在GB5749規(guī)定的余氯范圍內使用，對改善淡化水的PH值效果明顯，淡化水的PH值由6.4快速升高至6.7，配合淡化水的調質處理，可以達到淡化水呈弱堿性的目的；由圖2看出：消毒處理的淡化水TDS在有效作用時間內變化較小，說明用次氯酸鈣溶液消毒不會造成水質明顯變化；圖3表明余氯在有效作用時間內滿足消毒濃度要求，并且在有效作用時間后可以維持GB5749規(guī)定的余氯水平，起到持續(xù)消毒作用；圖4表明次氯酸鈣殺菌效果良好，在有效作用時間內，消毒后的水中活性大腸桿菌數(shù)量為零，完全滿足國家標準要求；由圖5看出加入消毒劑后，濁度短時間內升高，而后回落，對濁度影響不大，滿足GB5749的要求。

3.2 二氧化氯消毒效果分析

對圖6～10二氧化氯消毒消毒的實驗結果分析，圖6表明，二氧化氯消毒劑使用劑量達到25ppm時，使淡化水的PH值降低，由7.0降低至6.7，為達到淡化水弱堿性的目的，后調質處理量需加大；由圖7看出，二氧化氯消毒劑在實驗濃度范圍內對TDS的影響較小，同樣不會造成水質變化；圖8表明加入二氧化氯消毒劑后濁度基本不變化；圖9、圖10 表明消毒有效作用時間后，余二氧化氯可以維持持續(xù)消毒作用；殺菌效果良好，在有效作用時間內，保證水中菌群數(shù)量低于國家標準要求；當消毒劑使用濃度降低至1ppm以下時，對淡化水的PH值、TDS、濁度等參數(shù)基本無影響；因此，用二氧化氯對反滲透淡化水消毒，建議使用濃度小于1ppm，參照GB5749要求，實際使用濃度限定于0.8 ppm。

4 結論

次氯酸鈣、二氧化氯作為飲用水消毒劑在自來水廠中的使用表明，其消毒效果、毒副作用滿足飲用水要求；本文實驗研究表明：次氯酸鈣用于反滲透淡化水的消毒不僅消毒效果滿足要求，對提高淡化水PH值，減小管路腐蝕有良好作用，由于其中含有一定的鈣離子，對提高淡化水的硬度起到正面作用，是一種適于船舶反滲透淡化水的消毒劑。二氧化氯用于反滲透淡化水的消毒必須控制使用劑量，建議使用濃度控制在0.8 ppm以下，可以采用多批次小劑量投加，防止造成淡化水PH值降低。

參考文獻：

[1] 陳金增，船舶海水淡化及節(jié)能技術研究[D].華中科技大學博士學位論文，2010.

[2] 郭朝義，吳曉卿.船舶飲用水消毒處理探討[J].中國水運，2008（7）.

[3] 羅凡，董濱，何群彪.飲用水消毒技術的應用及其研究進展[J].環(huán)境科學與技術，2010（12）.

[4] 梁江浩，羅冬浦，楊毅，肖賢明.穩(wěn)定型含氯消毒劑對飲用水消毒的實驗研究[J].凈水技術，2007（6）.

[5] 黃富民，丁冰泉等.艦船飲用水二次消毒方法選擇的研究進展[J].海軍醫(yī)學雜志，2012（3）.

[6] L. M. Brennan，M. W. Toussaint， D. M. Kumsher， W. E. Dennis， A. B. Rosencrance， C. Brown， W. H. van der Schalie， H. S. Gardner.Developmental Toxicity of Drinking Water Disinfection By-Products to Embryos of the African Clawed Frog（Xenopus laevis）[J].Environmental Contamination and Tbxicology， 2005（75）.

[7] U.S.Environmental Protection Agency.Protocl for Equipment Verification Testing of Disinfection by-Product Precursor Removal by Packaged and/or Modular Drinking Water Treatment Systems for Small Public or Private Water Supplies[R].1998（2）.