淡水氯化设备在船舶日用淡水保鲜中的应用

0 引言 氯是历史悠久的、使用最为广泛的杀菌剂，可用于杀灭水中的病毒、细菌、藻类等各种微生物，众多水厂使用氯气作为消毒杀菌剂。基于相同的机理，漂白粉作为便于使用、价格低廉、杀菌力强、消毒效果好的杀菌消毒剂在食品行业中广泛使用，还常用于饮用水和果蔬的杀菌消毒，以及游泳池、浴室和家具等设施及物品的消毒等。现今，淡水氯化消毒在船舶上也开始应用，其在船舶压载水处理系统中用于灭杀海水中各种生物，在船舶冷却水处理系统中用于清洗管路、改善水质，以及防止藻类等生物的滋生，在日用淡水和饮用水系统中用于水质的消毒保鲜等。 1 消毒原理 干燥的氯与水通过化学反应产生次氯酸化学反应式如下： Cl2+H2O <==> HCl+HClO 漂白粉溶解于水中后，反应生成HClO。反应方程式如下： 2Ca(ClO)2+2H2O <==> 2HClO+Ca(OH)2+CaCl2 氯气和漂白粉消毒主要通过次氯酸HClO起作用，次氯酸具有杀菌和漂白能力[1]。次氯酸 HClO是很小的中性分子，只有它才能扩散到带负电的细菌表面，并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部。当次氯酸HClO分子到达细菌内部时，能起氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。 漂白粉是氢氧化钙、氯化钙和次氯酸钙的混合物，其主要成分是次氯酸钙Ca(ClO)2，有效氯含量为60%至70%，为白色或灰白色粉末或颗粒。基于漂白粉便于储存和使用，本文介绍的淡水氯化设备是根据淡水舱储水量和余氯浓度，对舱内投加达到目标余氯浓度所需消毒液的装置。其通过循环管路向淡水舱内投放定量消毒液，将储存水余氯浓度维持在设定范围内，杀灭和抑制水中细菌、大肠杆菌等有害菌种，达到对淡水舱消毒和保鲜的作用[2]。 2 淡水氯化设备的工艺流程 淡水氯化设备的工艺流程请见图1。 图1 淡水氯化设备的工艺流程 3 淡水氯化设备参数设定 3.1 淡水舱余氯值的确定 根据GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》，出厂水中余氯≥0.3mg/L，管网末梢水中余氯≥0.05mg/L[3]，故淡水舱中淡水的余氯应为0.05mg/L至0.3mg/L。考虑氯的挥发性，为保证保鲜时效，淡水舱中淡水的投加目标余氯应在 0.2mg/L至0.3mg/L，即假定淡水舱中淡水的余氯为最低值0.05mg/L，投加的余氯浓度增加值则为0.2mg/L±10%，即投加后的余氯浓度设定为0.25mg/L±10%。 3.2 漂白粉投加量的确定 根据对各船型淡水舱舱容量调研，中小型舰船淡水舱容积基本在150m3以下，故将一次配制可最大处理水量目标值设为150m3，若遇到需处理大型舰船舱容积在150m3至500m3情况时，采用多次配制投加方式予以解决。 根据经验，取容药桶有效容积为70L，对150m3的淡水投加0.2mg/L的余氯，则配制的消毒母液余氯浓度需为 430mg/L。在室温分别为 31.1℃和28.7℃、水温分别为29.4℃和28.3℃的情况下，分别进行了投加漂白粉与浓度关系的四组试验。根据该八组试验数据，当投加75g漂白粉时，配制的消毒母液余氯浓度在440mg/L至470mg/L之间。故确定漂白粉投加量为75g，此时配制的消毒母液余氯浓度设定为450mg/L。如此，投加75g漂白粉，配置成余氯浓度为450mg/L消毒母液，对150m3淡水（假设余氯浓度为0）进行投加，则投加后的余氯浓度为0.21mg/L，符合要求。 3.3 配置消毒母液搅拌时间的设定 投加75g漂白粉，在有效容积为70L的情况下，在两种室温时，分别进行搅拌试验。试验结果表明，在搅拌15分钟后溶液浓度趋于稳定（见图2）。 图2 消毒液浓度与搅拌时间的关系图 4 淡水氯化设备主要组件的设计 采用将各个部件集成在一个公用底座上的形式，框架结构，便于设备运输、安装和运行维护。总体尺寸是 830mm×670mm×1760mm，重量是270kg。 4.1 溶药桶 溶药桶是配制消毒母液的容器，采用食品级不锈钢制作，内涂防腐层，有效容积为70L，配置高低液位报警装置、玻璃管液位计等。 4.2 搅拌器 搅拌器主要由搅拌电机、减速器、搅拌轴和叶轮等组成。搅拌器运行时使桶内液体在搅拌时增加湍流现象，提高搅拌效率，加速漂粉精溶解。 4.3 机械隔膜计量泵 计量泵主要由电机、驱动端和液力端组成。通过控制其运行时间将溶药桶内消毒母液定量地注入到循环管路中。 流量：0L/h至85L/h； 压力：7bar 4.4 背压阀 背压阀设置在计量泵投加管路中，防止循环管路中水倒灌入溶药桶内，和计量泵内置单向阀组件起双重保护作用。 4.5 在线余氯监测仪 在循环泵加氯启动后，在线监测该淡水舱内淡水的余氯浓度，为投加消毒液剂量和计量泵投加运行时间提供计算数据。主要技术参数如下： 进水压力：0.15bar至2bar； 测量范围：0mg/L至5.0mg/L； 分辨率：0.01mg/L； 响应时间：90%样水进入流通池后60s，自动温度补偿。 4.6 手持余氯测试仪（见图3） 测量范围：0ppm至10.00ppm； 分辨率：0.01ppm； 电源：2节1.5V AAA7号电池。 图3 手持余氯测试仪 4.7 控制箱 电控箱配置了PLC、触摸屏和电器元件，控制设备的启停和运行，还具有对淡水驳运泵和循环加氯泵进行本地和遥控启停控制功能。触摸屏具有各工作状况显示、各淡水舱容积显示、在线余氯监测显示、投加参数设置、溶药桶液位和各类故障报警等功能。 5 淡水氯化设备投加的控制 配制余氯浓度450mg/L消毒母液70L（投加75g漂白粉），设定计量泵投加流量为80L/h、投加淡水舱的目标余氯浓度为0.25mg/L，则装置投加消毒母液量（L）及装置运行时间（min）为： A=B×1000×（0.25-D）/450 C=A/（80/60）（min） A为投加消毒母液量（L）；B为投加淡水舱的水量（m3，通过液位遥测装置获得数据）；C为计量泵投加运行时间（min）；D为投加淡水舱淡水原始余氯浓度（mg/L，通过在线余氯监测仪或手持余氯测试仪测得）。 淡水氯化设备的软件控制和显示画面见图4。 图4 搅拌和加药工作即时显示画面 6 结语 氯是一种高效的消毒灭菌剂，在日用淡水和饮用水系统中用于水质的消毒保鲜是一种很好的方式，用淡水氯化设备保鲜技术已趋于成熟，具有较好的适用性和可操作性，将在船舶及海洋工程领域广泛使用。

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