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臭氧在純凈水\飲料用水生產中的應用
點擊次數：160 發布時間：2014-6-28
一、純凈水\飲料用水用水的前景與現狀分析
為了提高瓶裝飲用水的質量和延長保質期，瓶裝水協會（IBWA）建議采用臭氧處理。在臭氧處理前，瓶裝水一般用反滲透、納濾、超濾去除天然水中99%的有機物。
實踐中，生產飲用水比生產飲料難，其原因是水不能加防腐劑，不能加熱滅菌而且生物指標要求達到"雙零"。因此微生物污染問題一直困擾著純凈水生產廠家，要解決微生物污染問題必須采用系統工程，包括水源、環境、技術設備、管理等一系列問題，其中zui關鍵的問題是如何消毒滅菌。解決純凈水中細菌的方法有二種：（1）物理方法：采用膜過濾技術，只要膜的孔徑小于細菌直徑，這種膜可以有效地阻溜細菌；（2）化學方法：采用氯、紫外線和臭氧消毒滅菌，其中臭氧消毒是目前國內外純凈水\飲料用水生產過程中應用zui普遍的滅菌消毒方法。
二、臭氧殺菌消毒機理
1、殺滅微生物的機理：科學界以PV1作為模型病毒，研究了臭氧對腸道病毒的滅活機理。結果證明，臭氧可破壞病毒衣殼蛋白的四條多肽鏈，并使RNA受到損傷。臭氧可與細菌細胞壁脂類雙鍵反應，穿入菌體內部，作用于脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，從而導致細胞溶解、死亡。
2、除臭機理：臭氧去除異味性能*。依靠其強氧化性能可快速分解產生臭味及其它氣味的有機或無機物，臭味的主要成分是胺R3N、硫化氫H2S，甲硫醇CH3SH等。臭氧對其氧化分解，生成物沒有氣味。
反應式如下：
R3N+O3→R3N-O+O2
H2O+O3→S+H2O+O2→SO2+H2O
CH3SH+O3→[CH3-S-S-CH3] -------→CH3-SO3H+O2
3、臭氧水處理滅菌凈化原理：臭氧在水中時刻發生還原反應，產生氧化能力*的單原子氧（O）和羥基（OH），瞬間分解水中的有機物質、細菌和微生物。羥基（OH）是強氧化劑、催化劑，使有機物發生連鎖反應。反應十分迅速，單原子氧（O）和羥基（OH），對各種致病微生物均有*的殺滅作用，羥的氧化還原位為2.80V，與氟的氧化能力相當。
三、臭氧殺菌消毒技術在\純凈水\飲料用水生產中應用的*性
純凈水\飲料用水等在我國目前普遍使用氯劑消毒。而使用氯消毒有嚴重的二次污染問題存在。1973年起，荷蘭、加拿大、美國等國相繼發現用氯消毒后的自來水中會產生鹵代有機物（氯仿、氯胺等），經動物實驗證明有致癌危險。況且氯消毒易受溫度和PH值影響。余氯還會影響飲用水口感，特別對于飲料用水，于氯會使碳酸飲料等飲料制品產生氯的臭味，并使飲料中的95精、色素發生氧化，影響產品質量。
采用紫外消毒，不同的對像菌致死所需的照射能量差異較大，另一方面原水水質對紫外殺菌效果也有影響，紫外線因在水中的穿透能力有限而難以達到理想效果。而且紫外消毒不能像余氯那樣維持消毒效果。
臭氧具有比氯更強的氧化消毒能力，不但可以較*地殺菌消毒，而且可以降解水中含有的有害成分和去除重金屬離子以及多種有機物等雜質，從而達到凈化水的目的。臭氧適應能力強，受水溫、PH值影響較小。臭氧適應范圍廣，不受菌種限制，殺菌效果比氯消毒和紫外消毒效果好。與氯不同的是殘余臭氧可以自行分解為氧氣，不會產生二次污染。臭氧處理後的水無色無臭，口感好，能改善飲用水品質。
四、臭氧對水中細菌的殺滅效果
取水樣將其暴露于空氣中，讓細菌自然生長。然后通入不同濃度的臭氧氣體，分別接觸5分鐘和密閉放置24小時后測定細菌濃度（見表1）。當水中臭氧濃度達到0.5mg/L，5分鐘內可將細菌全部殺滅。
表1 臭氧對天然\純凈水\飲料用水中細菌的滅菌效果
臭氧濃度 | 原水細菌濃度 （個/mL） | 通氣5分鐘后細菌 濃度 （個/mL） | 放置24小時后細菌濃度 （個/mL） |
0.08 | 209 | 1 | 6 |
0.18 | 209 | 0 | 2 |
0.49 | 209 | 0 | 0 |
0.76 | 209 | 0 | 0 |
1.00 | 209 | 0 | 0 |
五、影響臭氧消毒的因素
1、臭氧的滅菌效果與水中臭氧濃度的關系：水中臭氧的濃度越高，滅菌的效果越好。而水中臭氧的濃度又取決于通入臭氧氣體的濃度、水的分散程度以及水溫，當通入氣體的濃度越高，溫度越低，水分散程度越好，對臭氧的溶解越有利。臭氧溶解越好水中臭氧的濃度越高，滅菌效果越好。
b、臭氧的滅菌效果與水質關系：當水的渾濁度和色度增加時，會降低滅菌效果，遇到此情況先過濾，澄清后再用臭氧消毒，水的PH值也會影響滅菌效果，純凈水\飲料用水通入相同的臭氧氣體，因PH值不同，臭氧濃度不同，發現PH為6.5時臭氧的濃度為1.06mg/L,而PH為8.5時，臭氧的濃度為0.48mg/L，由此可見水的PH偏酸性有利于臭氧的溶解，水中臭氧濃度高，滅菌效果好。
六、臭氧消毒對純凈水\飲料用水成份的影響
我國飲用天然純凈水\飲料用水主要化學類型是含鍶、偏硅酸重碳酸鹽型，純凈水\飲料用水經臭氧處理后鍶、偏硅酸、重碳酸鹽、總堿度和總硬度的濃度幾乎沒有改變，說明臭氧消毒對這些指標影響不大。
表2 臭氧處理對純凈水\飲料用水有益成份和主要成份的影響
項 目 | 通臭氧前（mg/L） | 通臭氧后（mg/L） |
鍶 | 0.398 | 0.396 |
偏硅酸 | 51.7 | 51.6 |
重碳酸鹽 | 434.2 | 434.2 |
PH | 7.99 | 8.19 |
總硬度 | 236.3 | 236.2 |
總堿度 | 232.5 | 232.5 |
用臭氧處理后\純凈水\飲料用水中的溶解性總固體隨著PH值的升高而降低。
表3 臭氧消毒前后溶解性固體含量變化
PH | 臭氧濃度(mg/L) | 溶解度固體(mg/L) | ||
|
| 消毒前 | 消毒后 | 下降％ |
65 | 1.06 | 446 | 426 | 4.48 |
75 | 0.83 | 426 | 398 | 6.57 |
85 | 0.48 | 442 | 400 | 9.50 |
七、臭氧消毒技術在純凈水\飲料用水中的應用
純凈水\飲料用水臭氧溶解度在0.4～0.5mg/時即可滿足殺菌保質要求，合理的設計為臭氧投加量1.5～2.0g/m3。臭氧在水中的溶解度隨溫度降低、壓力提高而提高。在實際生產條件下，保證臭氧氣體濃度在10mg/L。臭氧與水接觸時間5～10分鐘，氣水混合接觸良好的情況下即可達到要求。目前一些廠家用50克～100克/小時臭氧發生器處理純凈水\飲料用水（產水量10立方米/小時以下）是不負責任的。首先作為水源質量很好的\純凈水\飲料用水無需那么多臭氧（只有污水由于嚴重的化學、生物污染才會吸收消耗大量臭氧），多余大量臭氧作為尾氣排放反而增加尾氣處理裝置的容量的負擔。其次，容易對純凈水\飲料用水造成過氧化而產生有益微量元素成分損失。
純凈水\飲料用水灌裝間安裝臭氧設備對空氣殺菌凈化，防止落下菌污染對沒有空氣過濾凈化設備的廠家是非常有益的。采用臭氧化工藝的\純凈水\飲料用水廠經常利用臭氧對貯水罐（池）、管道、過濾器消毒也是非常有益的，在國外的資料里作為經驗*。
作用臭氧對純凈水\飲料用水進行消毒，當水中臭氧的濃度達到0.5mg/L時，作用5分鐘可將水中的細菌全部殺滅；純凈水\飲料用水中鍶、偏硅酸、重碳酸鹽、總硬度、總堿度不受濃度臭氧影響；經臭氧處理后的水PH值稍有升高程弱堿性。