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臭氧發生器在水廠(礦泉水、純淨水及飲料用水等)生產中的應用



一、概述
目前,在我國瓶裝飲水市場上,主要有礦泉水和純淨水兩種飲用水。在飲料市場上,各種飲料的主要成分均為水,稱為飲料用水。在此,就礦泉水和純淨水兩種飲用水及飲料用水的消毒殺菌工藝做一概述。
在原水水質處理過程中,大部分的微生物已經被去除,但即使是采用微濾、超濾等方法處理水時,水中的細菌也不能被去除。而一般的水質處理方法更不能除盡微生物。為確保產品在保質期內合格,保證消費者的健康,在製造飲料,特別是製造碳酸飲料、礦泉水、純淨水以及包裝後不再進行二次滅菌的果汁飲料時,必須對水進行消毒處理,並要注意儲罐、管道、閥門等的衛生狀態,防止對水產生二次汙染。
水消毒的目的是殺滅水中的致病菌,並使水中的細菌含量符合國家相關標準。常用的水消毒方法是氯消毒、紫外線消毒和臭氧消毒。
 
二、消毒原理
氯消毒包括液氯、漂白粉、次氯酸鈉、氯胺。其消毒原理是氯溶於水後,會產生如下反應:
Cl2+H20=HCl+HClO
HClO=H+ +OCL-
 
反應生成的次氯酸具有很強的穿透力,能迅速穿過微生物的細胞膜,進入微生物體內,破壞微生物體內的係統,使之失去活力而致死。另一方麵,次氯酸性質很不穩定,即容易放出新生態氧[O],新生態氧與銨鹽,硫化氫,氧化亞鐵,亞硝酸鹽以及有機物腐敗後產生的物質相結合,對水中有機物和一些無機物等起氧化作用,從而抑製了依靠這些物質為營養的大部分微生物的生長,因此一般認為次氯酸具有主要的滅菌作用。而反應中生成的次氯酸跟殺菌力較弱,不具有次氯酸穿透微生物細胞膜的能力,因此其消毒作用遠低於次氯酸。
紫外線消毒的原理是紫外線的光譜波長在490—140nm範圍內具有殺菌能力。微生物受到紫外線照射後,體內的核蛋白質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,當照射劑量增大一定量時,微生物細胞被破壞致死。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生氧化還原反應,產生氧化能力強的單原子氧(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,可使有機物發生連鎖反應,反應十分迅速。羥基(·OH)對各種致病微生物有殺滅作用。單原子氧(O)也具有強氧化能力,對頑強的微生物和病毒,芽孢等有強大的殺傷力。
三、臭氧、氯、紫外線消毒效果比較
自來水等飲用水在中國目前普遍使用氯劑消毒,而使用氯法有嚴重的二次汙染問題存在。1973年起,荷蘭,加拿大,美國等國相繼發現用氯消毒後的自來水會產生鹵代有機物(氯仿,氯胺等),經動物實驗證明有致癌危險。況且氯消毒容易受溫度和PH值影響。餘氯還會影響飲用水的 口感,特別對於飲料用水,餘氯會使碳酸飲料等飲料製品產生氯的臭味,並使飲料中的色素發生氧化,影響產品質量。
采用紫外線消毒時,不同的對象菌致死所需的照射能量差異較大,另一方麵原水水質對紫外線殺菌效果也有影響。紫外線因在水中的穿透力有限而難以達到理想效果,而且紫外線消毒不能像餘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,如鐵,錳,硫化物,有機磷,有機氯,氰化物等,還可以使水除臭脫色,從而達到淨化水的目的。臭氧適應能力強,受水溫,PH值影響較小。臭氧適用範圍廣,不受菌種限製,殺菌效果比氯消毒和紫外線消毒效果好。與氯不同的是殘餘臭氧可以自行分解為氧氣,不會產生二次汙染。臭氧處理後的水無色無臭,口感好,能改善飲用水品質。
故此,為了提高瓶裝飲用水的質量和延長保質期,國際瓶裝水協會(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,超濾去除天然水中的有機物,從而降低臭氧的用量。
四、工藝流程

 

 臭氧水處理工藝圖
五、臭氧消毒係統的參數選擇
(1)消毒係統設計參數的選擇 臭氧投加量為1—5mg/L,接觸時間為4—10min,保持0.1—1mg/L剩餘臭氧濃度。
(2)主要設備的選擇
a,臭氧發生器 臭氧發生器的產量應根據設計流量及臭氧投加量來確定。W=0.001×Q×P
  公式中:
W→臭氧發生器的產量,g/h:
Q→設計水量,L/h:
P→臭氧投加量,一般采用1—5mg/L
0.001→單位換算係數。
b,接觸氧化罐 接觸氧化罐的尺寸應根據設計流量及流速來確定。
   S=Q/V
公式中:
S→罐體截麵積。㎡:
V→流速,一般采用8—10m/L。
罐體直徑的確定如下。
D=2×(S/π)0.5
公式中:
D→罐體直徑,M。
罐體高度的確定如下。
H=V×t+0.2
公式中:
H→罐體高度,m:
t→接觸時間,一般采用4—10min
0.2→布水空間高度,m
六、安裝運行
臭氧發生器一般采用射流投加方式,即全部或者部分水流與臭氧通過射流器混合後進入接觸反應罐。連接水路和氣路,保持臭氧發生器進氣口與大氣相通。開啟水泵,調節進水閥門,調氣量開關在最大位置。接好電源線,按電源開關,調功率調節開關至最大,即可。