饮用水消毒

臭氧在纯净水\饮料用水生产中的应用

一、纯净水\饮料用水用水的前景与现状分析

为了提高瓶装饮用水的质量和延长保质期，国际瓶装水协会（IBWA）建议采用臭氧处理。在臭氧处理前，瓶装水一般用反渗透、纳滤、超滤去除天然水中99%的有机物。

实践中，生产饮用水比生产饮料难，其原因是水不能加防腐剂，不能加热灭菌而且生物指标要求达到"双零"。因此微生物污染问题一直困扰着纯净水生产厂家，要解决微生物污染问题必须采用系统工程，包括水源、环境、技术设备、管理等一系列问题，其中最关键的问题是如何消毒灭菌。解决纯净水中细菌的方法有二种：（1）物理方法：采用膜过滤技术，只要膜的孔径小于细菌直径，这种膜可以有效地阻溜细菌；（2）化学方法：采用氯、紫外线和臭氧消毒灭菌，其中臭氧消毒是目前国内外纯净水\饮料用水生产过程中应用最普遍的灭菌消毒方法。 二、臭氧杀菌消毒机理

1、杀灭微生物的机理：科学界以PV1作为模型病毒，研究了臭氧对肠道病毒的灭活机理。结果证明，臭氧可破坏病毒衣壳蛋白的四条多肽链，并使RNA受到损伤。臭氧可与细菌细胞壁脂类双键反应，穿入菌体内部，作用于脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细胞溶解、死亡。

2、除臭机理：臭氧去除异味性能极好。依靠其强氧化性能可快速分解产生臭味及其它气味的有机或无机物，臭味的主要成分是胺R3N、硫化氢H2S，甲硫醇CH3SH等。臭氧对其氧化分解，生成物没有气味。

反应式如下： R3N+O3→R3N-O+O2

H2O+O3→S+H2O+O2→SO2+H2O

CH3SH+O3→[CH3-S-S-CH3] -------→CH3-SO3H+O2

3、臭氧水处理灭菌净化原理：臭氧在水中时刻发生还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基（OH），瞬间分解水中的有机物质、细菌和微生物。羟基（OH）是强氧化剂、催化剂，使有机物发生连锁反应。反应十分迅速，单原子氧（O）和羟基（OH），对各种致病微生物均有极强的杀灭作用，羟的氧化还原位为2.80V，与氟的氧化能力相当。臭氧可以对水中的硫化物、氨、氰化物进行降解，有毒的硫化物，氨、氰化物通过与臭氧反应后，产生了无霉的H2SO4、CO2、N2等物质，从而达到净化水的目的。 三、臭氧杀菌消毒技术在\纯净水\饮料用水生产中应用的优越性

纯净水\饮料用水等在我国目前普遍使用氯剂消毒。而使用氯消毒有严重的二次污染问题存在。1973年起，荷兰、加拿大、美国等国相继发现用氯消毒后的自来水中会产生卤代有机物（氯仿、氯胺等），经动物实验证明有致癌危险。况且氯消毒易受温度和PH值影响。余氯还会影响饮用水口感，特别对于饮料用水，于氯会使碳酸饮料等饮料制品产生氯的臭味，并使饮料中的95精、色素发生氧化，影响产品质量。 采用紫外消毒，不同的对像菌致死所需的照射能量差异较大，另一方面原水水质对紫外杀菌效果也有影响，紫外线因在水中的穿透能力有限而难以达到理想效果。而且紫外消毒不能像余氯那样维持消毒效果。 臭氧具有比氯更强的氧化消毒能力，不但可以较彻底地杀菌消毒，而且可以降解水中含有的有害成分

和去除重金属离子以及多种有机物等杂质，如铁、锰、硫化物、苯、酚、有机磷、有机氯、氰化物等，还可以使水除臭脱色，从而达到净化水的目的。臭氧适应能力强，受水温、PH值影响较小。臭氧适应范围广，不受菌种限制，杀菌效果比氯消毒和紫外消毒效果好。与氯不同的是残余臭氧可以自行分解为氧气，不会产生二次污染。臭氧处理後的水无色无臭，口感好，能改善饮用水品质。 四、臭氧对水中细菌的杀灭效果

取水样将其暴露于空气中，让细菌自然生长。然后通入不同浓度的臭氧气体，分别接触5分钟和密闭放置24小时后测定细菌浓度（见表1）。当水中臭氧浓度达到0.5mg/L，5分钟内可将细菌全部杀灭。 表

五、影响臭氧消毒的因素

1、臭氧的灭菌效果与水中臭氧浓度的关系：水中臭氧的浓度越高，灭菌的效果越好。而水中臭氧的浓度又取决于通入臭氧气体的浓度、水的分散程度以及水温，当通入气体的浓度越高，温度越低，水分散程度越好，对臭氧的溶解越有利。臭氧溶解越好水中臭氧的浓度越高，灭菌效果越好。

b、臭氧的灭菌效果与水质关系：当水的浑浊度和色度增加时，会降低灭菌效果，遇到此情况最好先过滤，澄清后再用臭氧消毒，水的PH值也会影响灭菌效果，纯净水\饮料用水通入相同的臭氧气体，因PH值不同，臭氧浓度不同，发现PH为6.5时臭氧的浓度为1.06mg/L,而PH为8.5时，臭氧的浓度为0.48mg/L，由此可见水的PH偏酸性有利于臭氧的溶解，水中臭氧浓度高，灭菌效果好。 六、臭氧消毒对纯净水\饮料用水成份的影响

我国饮用天然纯净水\饮料用水主要化学类型是含锶、偏硅酸重碳酸盐型，纯净水\饮料用水经臭氧处理后锶、偏硅酸、重碳酸盐、总碱度和总硬度的浓度几乎没有改变，说明臭氧消毒对这些指标影响不大。 表用臭氧处理后\纯净水\饮料用水中的溶解性总固体随着PH值的升高而降低。 表3 臭氧消毒前后溶解性固体含量变化

七、臭氧消毒技术在纯净水\饮料用水中的应用

纯净水\饮料用水臭氧溶解度在0.4～0.5mg/时即可满足杀菌保质要求，合理的设计为臭氧投加量1.5～2.0g/m3。臭氧在水中的溶解度随温度降低、压力提高而提高。在实际生产条件下，保证臭氧气体浓度在10mg/L。臭氧与水接触时间5～10分钟，气水混合接触良好的情况下即可达到要求。目前一些厂家用50克～100克/小时臭氧发生器处理纯净水\饮料用水（产水量10立方米/小时以下）是不负责任的。首先作为水源质量很好的\纯净水\饮料用水无需那么多臭氧（只有污水由于严重的化学、生物污染才会吸收消耗大量臭氧），多余大量臭氧作为尾气排放反而增加尾气处理装置的容量的负担。其次，容易对纯净水\饮料用水造成过氧化而产生有益微量元素成分损失。

纯净水\饮料用水灌装间安装臭氧设备对空气杀菌净化，防止落下菌污染对没有空气过滤净化设备的厂家是非常有益的。采用臭氧化工艺的\纯净水\饮料用水厂经常利用臭氧对贮水罐（池）、管道、过滤器消毒也是非常有益的，在国外的资料里作为经验推荐。

作用臭氧对纯净水\饮料用水进行消毒，当水中臭氧的浓度达到0.5mg/L时，作用5分钟可将水中的细菌全部杀灭；纯净水\饮料用水中锶、偏硅酸、重碳酸盐、总硬度、总碱度不受浓度臭氧影响；经臭氧处理后的水PH值稍有升高程弱碱性；纯净水\饮料用水进行臭氧化处理后氰化物、挥发性酚和耗氧量明显地降低。