船舶反渗透淡化水消毒实验研究

陈金增+冯巧莲

摘 要：本文对次氯酸钙和二氧化氯消毒剂用于船舶反渗透淡化水的消毒效果及影响进行了实验研究，通过不同消毒剂量、不同作用时间、不同菌群浓度的实验，研究了反渗透淡化水PH值、TDS、浊度、菌群数量、余氯等参数的变化；研究结果表明：次氯酸钙和二氧化氯用于反渗透淡化水的消毒具有消毒效果明显、使用方便、对水质无明显影响等优点，二氧化氯使用浓度高时，会造成水的PH值降低，因此，需合理控制消毒剂使用量。

关键词：反渗透；淡化水；消毒；次氯酸钙；二氧化氯

中图分类号：U664.5 文献标识码：A

1 引言

船舶远航过程中，人员、设备每天消耗大量淡水，为此，大中型船舶都装备海水淡化装置以提供淡水，目前船用海水淡化装置多数采用反渗透技术，研究及实际使用表明，淡化水水质基本满足国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）要求，主要存在的问题在于由于淡化水未经调质处理，PH值较低，呈弱酸性，对淡水管路的腐蚀严重，造成水浊度超标，而且单级反渗透处理的淡化水硼含量超过GB5749的规定值，采用二级反渗透处理，硼含量才能符合规定，因此，反渗透淡化水必须经调质处理后才能满足长期饮用的要求；但是，淡水储存使用过程中，由于存储水舱、供水管路、阀件等存在污染风险，造成淡水微生物超标，经对部分船舶水舱水实验室检测发现浊度超标62.79%，余氯不达标率高达95.45%，PH值不合格率4.55%，铁超标率31.82%，耗氧量超标率9.09%，细菌总数超标率15.91%，大肠菌群超标率27.27%，未检出细菌的仅占9.09%。因此必须定期对水进行消毒处理，以保证用水安全。美国海军舰艇饮用水主要采用反渗透和蒸馏技术进行海水淡化获得，对饮用水消毒有严格规定，主要采用有机溴、次氯酸钙（钠）等进行化学消毒，对水中余氯提出了0.2ppm的规定，同时对饮用水的定期检测项目有详细规定。罗凡、梁江浩、郭朝义等对饮用水消毒及氯消毒剂用于饮用水消毒进行了研究， 海军医学研究所的黄富民等对舰船饮用水二次消毒的方法等进行了比较，提出了适用于舰船使用的次氯酸钙、微电解等多种消毒措施。L. M. Brennan等对饮用水消毒剂的毒性进行了研究，美国环境保护署对小型公共/私人供水的消毒产物做出了规定。

传统的水消毒措施主要有：氯气、液氯、次氯酸钙（钠）、二氧化氯、有机溴、微电解、金属离子、臭氧等化学消毒措施，紫外线、加热等物理消毒措施，经过自来水厂多年的使用实践证明，只要合理控制化学消毒剂的用量（GB5749-2006规定，水厂供水中的余氯不低于0.2ppm），以上消毒措施安全有效，保证了居民生活用水的安全、卫生要求。针对船舶反渗透海水淡化获得的淡水，由于水质呈弱酸性，钙、镁离子等含量低，属于软水，采用以上化学消毒措施的消毒效果、对水质的影响等方面未经系统研究。

次氯酸钙（钠）、二氧化氯作为固体消毒剂，存储方便，投加简单，浓度容易控制，满足船舶实际使用条件，作为反渗透淡化水消毒剂是本文的研究重点内容。

2 反渗透淡化水的消毒实验

2.1 主要参数检测仪器

主要检测项目及检测仪器见表1。

2.2 实验过程

实验用消毒剂为购置符合GB/T 10666和GB 26366质量要求的次氯酸钙、二氧化氯固体，按使用说明要求称取次氯酸钙10g，溶于200ml纯水中，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纯水中，配制500ppm消毒液，取上清液待用。

试验过程按照“生活饮用水消毒剂和消毒设备卫生安全评价方法（试行）”的规定，试验细菌选用8099大肠杆菌；将符合实验标准的8099大肠杆菌菌株放入灭菌的培养液中，置于培养箱在37℃条件下培养24小时，利用细菌计数仪检测菌群数量。

实验水样直接来自反渗透淡化水，实验过程控制水样温度20～25℃范围。

2.3 次氯酸钙消毒实验

试验用容器、工具经消毒处理，取反渗透淡化水三份各300 ml，PH值6.5～8.5，投入培养的大肠杆菌8099，通过计数器检测菌群浓度分别为5.4×104/L、5.4×106/l、5.4×108/l，分别加入次氯酸钙上清液0.2ml，控制有效余氯在0.05-0.3 mg/l之间，按照三个作用时间1 h、2 h和3 h进行消毒效果的对比，作用时间结束，进行菌群计数、TDS、余氯、PH值、浊度检测，实验结构如图1-图5所示：

2.4 二氧化氯消毒实验

试验用容器、工具经消毒处理，取反渗透水5份各300 ml，PH值6.5～8.5，投入大肠杆菌数5.4×106/l，分别加入二氧化氯消毒液，控制有效余二氧化氯在0.5-25ppm之间，按照三个作用时间1 h、2 h和3 h进行消毒效果的对比，如图6-图10所示：

3 实验结果分析

3.1 次氯酸钙消毒效果分析

对图1～5次氯酸钙的实验结果进行分析，由图1可以看出，次氯酸钙消毒剂在GB5749规定的余氯范围内使用，对改善淡化水的PH值效果明显，淡化水的PH值由6.4快速升高至6.7，配合淡化水的调质处理，可以达到淡化水呈弱碱性的目的；由图2看出：消毒处理的淡化水TDS在有效作用时间内变化较小，说明用次氯酸钙溶液消毒不会造成水质明显变化；图3表明余氯在有效作用时间内满足消毒浓度要求，并且在有效作用时间后可以维持GB5749规定的余氯水平，起到持续消毒作用；图4表明次氯酸钙杀菌效果良好，在有效作用时间内，消毒后的水中活性大肠杆菌数量为零，完全满足国家标准要求；由图5看出加入消毒剂后，浊度短时间内升高，而后回落，对浊度影响不大，满足GB5749的要求。

3.2 二氧化氯消毒效果分析

对图6～10二氧化氯消毒消毒的实验结果分析，图6表明，二氧化氯消毒剂使用剂量达到25ppm时，使淡化水的PH值降低，由7.0降低至6.7，为达到淡化水弱碱性的目的，后调质处理量需加大；由图7看出，二氧化氯消毒剂在实验浓度范围内对TDS的影响较小，同样不会造成水质变化；图8表明加入二氧化氯消毒剂后浊度基本不变化；图9、图10 表明消毒有效作用时间后，余二氧化氯可以维持持续消毒作用；杀菌效果良好，在有效作用时间内，保证水中菌群数量低于国家标准要求；当消毒剂使用浓度降低至1ppm以下时，对淡化水的PH值、TDS、浊度等参数基本无影响；因此，用二氧化氯对反渗透淡化水消毒，建议使用浓度小于1ppm，参照GB5749要求，实际使用浓度限定于0.8 ppm。

4 结论

次氯酸钙、二氧化氯作为饮用水消毒剂在自来水厂中的使用表明，其消毒效果、毒副作用满足饮用水要求；本文实验研究表明：次氯酸钙用于反渗透淡化水的消毒不仅消毒效果满足要求，对提高淡化水PH值，减小管路腐蚀有良好作用，由于其中含有一定的钙离子，对提高淡化水的硬度起到正面作用，是一种适于船舶反渗透淡化水的消毒剂。二氧化氯用于反渗透淡化水的消毒必须控制使用剂量，建议使用浓度控制在0.8 ppm以下，可以采用多批次小剂量投加，防止造成淡化水PH值降低。

参考文献：

[1] 陈金增，船舶海水淡化及节能技术研究[D].华中科技大学博士学位论文，2010.

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