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臭氧對礦泉水和純凈水兩種飲用水，桶裝水，飲料水等飲用水的消毒殺菌
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一、概述
1.1目前，在我國瓶裝飲用水市場上，主要有礦泉水和純凈水兩種飲用水。在飲料市場上，各種飲料的主要成分均為水，稱為飲料用水。
在水質(zhì)處理過程中，大部分微生物已被去除，但即使是采用微濾、超濾等方法處理水時，水中的細(xì)菌物質(zhì)也不能全被去除。而一般的水質(zhì)處理方法更不能除盡微生物。為確保產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)合格，保證消費者的健康，在制造飲料，特別是制造碳酸飲料、礦泉水、純凈水以及包裝后不再進(jìn)行二次滅菌的果汁飲料時，必須對水進(jìn)行消毒處理，并要注意貯罐、管道、閥門等衛(wèi)生狀態(tài)，防止對水產(chǎn)生二次污染。
水消毒的目的是殺滅水中的致病菌，并使水中的細(xì)菌含量符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。常用的水消毒方法是氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。
1.2、消毒原理
氯消毒包括液氯、漂白粉、次氯酸鈉、氯胺。其消毒原理是氯在水中會產(chǎn)生如下反應(yīng)：
Cl2 + H2O → HCl + HOCl → 2H+ + Cl- + OCl-
反應(yīng)生成的次氯酸具有很強(qiáng)的穿透力，能迅速穿過微生物的細(xì)胞膜，進(jìn)入微生物體內(nèi)，破壞微生物體內(nèi)的系統(tǒng)使之失去的活力而致死。另一方面，次氯酸性質(zhì)很不穩(wěn)定，即容易放出新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧與銨鹽、硫化氫、氧化亞鐵、亞硝酸鹽以及有機(jī)物腐敗后產(chǎn)生的物質(zhì)相結(jié)合，對水中有機(jī)物和一些無機(jī)物等起氧化作用，從而抑制了依靠這些物質(zhì)為營養(yǎng)的大部分微生物的生長，因此一般認(rèn)為次氯酸具有主要的滅菌作用。而反應(yīng)中生成的次氯酸根殺菌力較弱，不具有次氯酸穿透微生物細(xì)胞膜的能力，因此其消毒作用遠(yuǎn)低于次氯酸。
紫外線消毒的原理是紫外線的光譜波長在490nm -140nm范圍內(nèi)具有殺菌能力。微生物受到紫外線照射后，氣體內(nèi)的核蛋白質(zhì)會因吸收紫外線光譜能量而變性，引起新陳代謝障礙，從而喪失繁殖能力。當(dāng)照射劑量增大一定量時，微生物細(xì)胞被破壞致死。紫外線對澄清透明的水有一定的穿透力，因此能使水消毒。
臭氧消毒的原理是臭氧在水中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的單原子氧（O）和羥基（OH），瞬間分解水中的有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌和微生物。羥基（OH）是強(qiáng)氧化劑、催化劑，可使有機(jī)物發(fā)生連鎖反應(yīng)，反應(yīng)十分迅速。羥基（OH）對各種致病微生物有極強(qiáng)的殺滅作用。單原子氧（O）也具有強(qiáng)氧化能力，對頑強(qiáng)的微生物如病毒、芽孢等有強(qiáng)大的殺傷力。
1.3、比較
自來水等飲用水在我國目前普遍使用氯劑消毒。而使用氯法有嚴(yán)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(fā)現(xiàn)用氯消毒后的自來水中會產(chǎn)生鹵代有機(jī)物（氯仿、氯胺等），經(jīng)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的口感，特別對于飲料用水，余氯會使碳酸飲料等飲料制品產(chǎn)生氯的臭味，并使飲料中的色素發(fā)生氧化，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
采用紫外消毒時，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(zhì)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(dá)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(qiáng)的氧化消毒能力，不但可以較徹底地殺菌消毒，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(jī)物等雜質(zhì)，如鐵、錳、硫化物、苯、酚、有機(jī)磷、有機(jī)氯、氰化物等，還可以使水除臭脫色，從而達(dá)到凈化水的目的。臭氧適應(yīng)能力強(qiáng)，受水溫、PH值影響較小。臭氧適應(yīng)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(chǎn)生二次污染。臭氧處理后的水無色無臭，口感好，能改善飲用水品質(zhì)。
故此，為了提高瓶裝飲用水的質(zhì)量和延長保質(zhì)期，國際瓶裝水協(xié)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(jī)物，降低臭氧的用量。
1.4、工藝流程
礦泉水的生產(chǎn)工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產(chǎn)中的應(yīng)用
純凈水的生產(chǎn)工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產(chǎn)中的應(yīng)用
飲料用水的工藝流程根據(jù)不同飲料的要求而定。
二、技術(shù)方案及配置
基本設(shè)計數(shù)據(jù)
設(shè)計工作時間： 24小時運行
設(shè)計每小時工作氣量 見設(shè)備參數(shù)表
原料氣 空氣
處理水量 25T/H
臭氧投加量 200g/h
臭氧剩余濃度設(shè)計 0.4±0.05PPM
設(shè)備選型 一套制氧源200g/h
氣液混合方式 采用主管道臭氧接觸塔循環(huán)射流混合
運行方式 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 24小時作業(yè)
發(fā)生量調(diào)節(jié)范圍 10-100%
臭氧濃度 70-120mg/L
對應(yīng)冷卻水溫度 <35℃
三、臭氧系統(tǒng)工藝
臭氧發(fā)生系統(tǒng)是由1臺臭氧發(fā)生器、1臺氧發(fā)生器、1臺空氣壓縮機(jī)、1臺冷凍干燥機(jī)、過濾器等組成的空氣處理系統(tǒng)；
臭氧發(fā)生系統(tǒng)組成見《見下圖》
壓縮空氣經(jīng)主管到普通過濾后，經(jīng)過普通精密過濾器，由流量計和壓力變送器檢測壓縮空氣的流量和供氣壓力，經(jīng)吸附式干燥機(jī)進(jìn)行深度除水，再經(jīng)除油水過濾后進(jìn)入，使氣源露點達(dá)到要求的5--10℃，再經(jīng)除塵過濾器使粉塵顆粒度小于1μm，成為合格的原料氣源（達(dá)到食品級衛(wèi)生許可要求）。
合格的原料氣源經(jīng)減壓閥進(jìn)入臭氧發(fā)生器，在臭氧發(fā)生器的中頻高壓電場內(nèi)，空氣中的部分氧氣變成臭氧，產(chǎn)品氣體為臭氧化氣體，經(jīng)流量、壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)和渦街流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，以及臭氧監(jiān)控儀檢測臭氧濃度后，臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧經(jīng)渦街流量計和總管壓力變送器檢測總流量及壓力后進(jìn)入接觸氧化踏。臭氧發(fā)生器在高頻高壓電場內(nèi)，部分氧氣（O2）電離成臭氧（O3），產(chǎn)品氣體為臭氧化氣體，經(jīng)流量、壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)和流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧經(jīng)流量計和總管壓力變送器檢測總流量及壓力后被射流器高效的吸氣功能，把臭氧吸入水里，配合高效混合氣液混，臭氧吸收效率70%。目前在世界范圍內(nèi),純凈水、天然水（山泉水、礦泉水、地下水等經(jīng)過過濾等工序制成），已普遍采用臭氧消毒。在自來水臭氧凈化應(yīng)用時,國際常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為0.4ppm的溶解度值保持4分鐘,即CT值為1.6,我公司配備臭氧發(fā)生系統(tǒng)在水中可達(dá)到無菌，若將水制作為殺菌消毒水，建議做到≥0.8ppm。
臭氧裝置包括臭氧源與氣水混合裝置兩部分。臭氧發(fā)生器應(yīng)提供足夠濃度與產(chǎn)量的臭氧，混合裝置以高效率使臭氧溶解在水中，即達(dá)到一定的臭氧溶解度。因此，一臺好的臭氧發(fā)生器必須要有優(yōu)良的氣水混合裝置，使臭氧能高效地和水混合，使水中的臭氧溶解度能滿足完全殺菌。
幾種常見的混合裝置比較：
傳統(tǒng)的曝氣法
歷史悠久的傳統(tǒng)混合方法。（布?xì)獍宸?、鼓泡塔法同理?br />運行方式---氣水順流、逆流或多級串聯(lián)交迭逆順流，連續(xù)運行或間斷批量運行。優(yōu)點：能耗較低。缺點：噴頭堵塞時布?xì)獠痪鶆?，混合差，需要大型空壓機(jī)和昂貴的氧化反應(yīng)塔。
著名的文丘里射流混合法
安全、高效的混合方法。
運行方式---氣水強(qiáng)制混合。優(yōu)點：投資少，混合好，接觸時間短，經(jīng)射流混合器后臭氧在水中的臭氧濃度可為曝氣法的數(shù)倍。本公司生產(chǎn)的氣水射流混合器采用堅固的耐臭氧PVDF材料加工成形，體積小，使用方便，而且配有單向閥。
氣液強(qiáng)力混合腔
運行方式---充分利用水的紊流產(chǎn)生較大的負(fù)壓，將臭氧吸入，在混合腔內(nèi)產(chǎn)生渦流、旋轉(zhuǎn)并相互碰撞。經(jīng)實際使用證明，一級臭氧吸收率達(dá)90%以上，在相同臭氧發(fā)生系統(tǒng)的情況下，水中的臭氧溶解度為文丘里射流混合器的2倍左右。如利用本公司的SOZ-6G
臭氧發(fā)生系統(tǒng)處理2T水，水中的臭氧溶解度可達(dá)0.8--1.0mg/L以上。
氣液強(qiáng)力混合腔外體采用304不銹鋼制作，內(nèi)腔采用316不銹鋼和部分耐臭氧ABS材料制作，SSLW系列內(nèi)腔采用不銹鋼和耐臭氧PVDF材料制作，產(chǎn)品堅固耐用，無機(jī)械故障免維修，運行安裝方便，為目前投資最少，混合效果最好的設(shè)備。
處理較大水量需定做。
氣液混合泵
氣液混合泵的吸入口可以利用負(fù)壓作用吸入氣體，高速旋轉(zhuǎn)的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，由于泵內(nèi)的加壓混合，氣體與液體充分溶解，溶解效率高。一臺氣液混合泵即可進(jìn)行氣液吸引、混合、溶解并直接將高度溶解液送至使用點。但 需要氣液混合罐、出水壓力節(jié)等才能達(dá)到最佳效果，我公司的高濃度臭氧水機(jī)采用氣液混合泵。
1.1目前，在我國瓶裝飲用水市場上，主要有礦泉水和純凈水兩種飲用水。在飲料市場上，各種飲料的主要成分均為水，稱為飲料用水。
在水質(zhì)處理過程中，大部分微生物已被去除，但即使是采用微濾、超濾等方法處理水時，水中的細(xì)菌物質(zhì)也不能全被去除。而一般的水質(zhì)處理方法更不能除盡微生物。為確保產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)合格，保證消費者的健康，在制造飲料，特別是制造碳酸飲料、礦泉水、純凈水以及包裝后不再進(jìn)行二次滅菌的果汁飲料時，必須對水進(jìn)行消毒處理，并要注意貯罐、管道、閥門等衛(wèi)生狀態(tài)，防止對水產(chǎn)生二次污染。
水消毒的目的是殺滅水中的致病菌，并使水中的細(xì)菌含量符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。常用的水消毒方法是氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。
1.2、消毒原理
氯消毒包括液氯、漂白粉、次氯酸鈉、氯胺。其消毒原理是氯在水中會產(chǎn)生如下反應(yīng)：
Cl2 + H2O → HCl + HOCl → 2H+ + Cl- + OCl-
反應(yīng)生成的次氯酸具有很強(qiáng)的穿透力，能迅速穿過微生物的細(xì)胞膜，進(jìn)入微生物體內(nèi)，破壞微生物體內(nèi)的系統(tǒng)使之失去的活力而致死。另一方面，次氯酸性質(zhì)很不穩(wěn)定，即容易放出新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧與銨鹽、硫化氫、氧化亞鐵、亞硝酸鹽以及有機(jī)物腐敗后產(chǎn)生的物質(zhì)相結(jié)合，對水中有機(jī)物和一些無機(jī)物等起氧化作用，從而抑制了依靠這些物質(zhì)為營養(yǎng)的大部分微生物的生長，因此一般認(rèn)為次氯酸具有主要的滅菌作用。而反應(yīng)中生成的次氯酸根殺菌力較弱，不具有次氯酸穿透微生物細(xì)胞膜的能力，因此其消毒作用遠(yuǎn)低于次氯酸。
紫外線消毒的原理是紫外線的光譜波長在490nm -140nm范圍內(nèi)具有殺菌能力。微生物受到紫外線照射后，氣體內(nèi)的核蛋白質(zhì)會因吸收紫外線光譜能量而變性，引起新陳代謝障礙，從而喪失繁殖能力。當(dāng)照射劑量增大一定量時，微生物細(xì)胞被破壞致死。紫外線對澄清透明的水有一定的穿透力，因此能使水消毒。
臭氧消毒的原理是臭氧在水中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的單原子氧（O）和羥基（OH），瞬間分解水中的有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌和微生物。羥基（OH）是強(qiáng)氧化劑、催化劑，可使有機(jī)物發(fā)生連鎖反應(yīng)，反應(yīng)十分迅速。羥基（OH）對各種致病微生物有極強(qiáng)的殺滅作用。單原子氧（O）也具有強(qiáng)氧化能力，對頑強(qiáng)的微生物如病毒、芽孢等有強(qiáng)大的殺傷力。
1.3、比較
自來水等飲用水在我國目前普遍使用氯劑消毒。而使用氯法有嚴(yán)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(fā)現(xiàn)用氯消毒后的自來水中會產(chǎn)生鹵代有機(jī)物（氯仿、氯胺等），經(jīng)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的口感，特別對于飲料用水，余氯會使碳酸飲料等飲料制品產(chǎn)生氯的臭味，并使飲料中的色素發(fā)生氧化，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
采用紫外消毒時，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(zhì)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(dá)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(qiáng)的氧化消毒能力，不但可以較徹底地殺菌消毒，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(jī)物等雜質(zhì)，如鐵、錳、硫化物、苯、酚、有機(jī)磷、有機(jī)氯、氰化物等，還可以使水除臭脫色，從而達(dá)到凈化水的目的。臭氧適應(yīng)能力強(qiáng)，受水溫、PH值影響較小。臭氧適應(yīng)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(chǎn)生二次污染。臭氧處理后的水無色無臭，口感好，能改善飲用水品質(zhì)。
故此，為了提高瓶裝飲用水的質(zhì)量和延長保質(zhì)期，國際瓶裝水協(xié)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(jī)物，降低臭氧的用量。
1.4、工藝流程
礦泉水的生產(chǎn)工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產(chǎn)中的應(yīng)用
純凈水的生產(chǎn)工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產(chǎn)中的應(yīng)用
飲料用水的工藝流程根據(jù)不同飲料的要求而定。
二、技術(shù)方案及配置
基本設(shè)計數(shù)據(jù)
設(shè)計工作時間： 24小時運行
設(shè)計每小時工作氣量 見設(shè)備參數(shù)表
原料氣 空氣
處理水量 25T/H
臭氧投加量 200g/h
臭氧剩余濃度設(shè)計 0.4±0.05PPM
設(shè)備選型 一套制氧源200g/h
氣液混合方式 采用主管道臭氧接觸塔循環(huán)射流混合
運行方式 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 24小時作業(yè)
發(fā)生量調(diào)節(jié)范圍 10-100%
臭氧濃度 70-120mg/L
對應(yīng)冷卻水溫度 <35℃
三、臭氧系統(tǒng)工藝
臭氧發(fā)生系統(tǒng)是由1臺臭氧發(fā)生器、1臺氧發(fā)生器、1臺空氣壓縮機(jī)、1臺冷凍干燥機(jī)、過濾器等組成的空氣處理系統(tǒng)；
臭氧發(fā)生系統(tǒng)組成見《見下圖》
壓縮空氣經(jīng)主管到普通過濾后，經(jīng)過普通精密過濾器，由流量計和壓力變送器檢測壓縮空氣的流量和供氣壓力，經(jīng)吸附式干燥機(jī)進(jìn)行深度除水，再經(jīng)除油水過濾后進(jìn)入，使氣源露點達(dá)到要求的5--10℃，再經(jīng)除塵過濾器使粉塵顆粒度小于1μm，成為合格的原料氣源（達(dá)到食品級衛(wèi)生許可要求）。
合格的原料氣源經(jīng)減壓閥進(jìn)入臭氧發(fā)生器，在臭氧發(fā)生器的中頻高壓電場內(nèi)，空氣中的部分氧氣變成臭氧，產(chǎn)品氣體為臭氧化氣體，經(jīng)流量、壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)和渦街流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，以及臭氧監(jiān)控儀檢測臭氧濃度后，臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧經(jīng)渦街流量計和總管壓力變送器檢測總流量及壓力后進(jìn)入接觸氧化踏。臭氧發(fā)生器在高頻高壓電場內(nèi)，部分氧氣（O2）電離成臭氧（O3），產(chǎn)品氣體為臭氧化氣體，經(jīng)流量、壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)和流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧經(jīng)流量計和總管壓力變送器檢測總流量及壓力后被射流器高效的吸氣功能，把臭氧吸入水里，配合高效混合氣液混，臭氧吸收效率70%。目前在世界范圍內(nèi),純凈水、天然水（山泉水、礦泉水、地下水等經(jīng)過過濾等工序制成），已普遍采用臭氧消毒。在自來水臭氧凈化應(yīng)用時,國際常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為0.4ppm的溶解度值保持4分鐘,即CT值為1.6,我公司配備臭氧發(fā)生系統(tǒng)在水中可達(dá)到無菌，若將水制作為殺菌消毒水，建議做到≥0.8ppm。
臭氧裝置包括臭氧源與氣水混合裝置兩部分。臭氧發(fā)生器應(yīng)提供足夠濃度與產(chǎn)量的臭氧，混合裝置以高效率使臭氧溶解在水中，即達(dá)到一定的臭氧溶解度。因此，一臺好的臭氧發(fā)生器必須要有優(yōu)良的氣水混合裝置，使臭氧能高效地和水混合，使水中的臭氧溶解度能滿足完全殺菌。
幾種常見的混合裝置比較：
傳統(tǒng)的曝氣法
歷史悠久的傳統(tǒng)混合方法。（布?xì)獍宸?、鼓泡塔法同理?br />運行方式---氣水順流、逆流或多級串聯(lián)交迭逆順流，連續(xù)運行或間斷批量運行。優(yōu)點：能耗較低。缺點：噴頭堵塞時布?xì)獠痪鶆?，混合差，需要大型空壓機(jī)和昂貴的氧化反應(yīng)塔。
著名的文丘里射流混合法
安全、高效的混合方法。
運行方式---氣水強(qiáng)制混合。優(yōu)點：投資少，混合好，接觸時間短，經(jīng)射流混合器后臭氧在水中的臭氧濃度可為曝氣法的數(shù)倍。本公司生產(chǎn)的氣水射流混合器采用堅固的耐臭氧PVDF材料加工成形，體積小，使用方便，而且配有單向閥。
氣液強(qiáng)力混合腔
運行方式---充分利用水的紊流產(chǎn)生較大的負(fù)壓，將臭氧吸入，在混合腔內(nèi)產(chǎn)生渦流、旋轉(zhuǎn)并相互碰撞。經(jīng)實際使用證明，一級臭氧吸收率達(dá)90%以上，在相同臭氧發(fā)生系統(tǒng)的情況下，水中的臭氧溶解度為文丘里射流混合器的2倍左右。如利用本公司的SOZ-6G
臭氧發(fā)生系統(tǒng)處理2T水，水中的臭氧溶解度可達(dá)0.8--1.0mg/L以上。
氣液強(qiáng)力混合腔外體采用304不銹鋼制作，內(nèi)腔采用316不銹鋼和部分耐臭氧ABS材料制作，SSLW系列內(nèi)腔采用不銹鋼和耐臭氧PVDF材料制作，產(chǎn)品堅固耐用，無機(jī)械故障免維修，運行安裝方便，為目前投資最少，混合效果最好的設(shè)備。
處理較大水量需定做。
氣液混合泵
氣液混合泵的吸入口可以利用負(fù)壓作用吸入氣體，高速旋轉(zhuǎn)的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，由于泵內(nèi)的加壓混合，氣體與液體充分溶解，溶解效率高。一臺氣液混合泵即可進(jìn)行氣液吸引、混合、溶解并直接將高度溶解液送至使用點。但 需要氣液混合罐、出水壓力節(jié)等才能達(dá)到最佳效果，我公司的高濃度臭氧水機(jī)采用氣液混合泵。
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