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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，水中的細菌物質也不能全被去除。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行二次滅菌的果汁飲料時，必須對水進行消毒處理，并要注意貯罐、管道、閥門等衛生狀態，防止對水產生二次污染。
水消毒的目的是殺滅水中的致病菌，并使水中的細菌含量符合規定標準。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生如下反應：
Cl2 + H2O → HCl + HOCl → 2H+ + Cl- + 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，破壞微生物體內的系統使之失去的活力而致死。另一方面，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后產生的物質相結合，對水中有機物和一些無機物等起氧化作用，從而抑制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根殺菌力較弱，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范圍內具有殺菌能力。微生物受到紫外線照射后，氣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，產生氧化能力極強的單原子氧（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極強的殺滅作用。單原子氧（O）也具有強氧化能力，對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。
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生氯的臭味，并使飲料中的色素發生氧化，影響產品質量。
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物等雜質，如鐵、錳、硫化物、苯、酚、有機磷、有機氯、氰化物等，還可以使水除臭脫色，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。臭氧處理后的水無色無臭，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99%的有機物，降低臭氧的用量。
1.4、工藝流程
礦泉水的生產工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產中的應用
純凈水的生產工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產中的應用
飲料用水的工藝流程根據不同飲料的要求而定。
二、技術方案及配置
基本設計數據
設計工作時間： 24小時運行
設計每小時工作氣量 見設備參數表
原料氣 空氣
處理水量 25T/H
臭氧投加量 200g/h
臭氧剩余濃度設計 0.4±0.05PPM
設備選型 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射流混合
運行方式 設計標準 24小時作業
發生量調節范圍 10-100%
臭氧濃度 70-120mg/L
對應冷卻水溫度 <35℃
三、臭氧系統工藝
臭氧發生系統是由1臺臭氧發生器、1臺氧發生器、1臺空氣壓縮機、1臺冷凍干燥機、過濾器等組成的空氣處理系統；
臭氧發生系統組成見《見下圖》
壓縮空氣經主管到普通過濾后，經過普通精密過濾器，由流量計和壓力變送器檢測壓縮空氣的流量和供氣壓力，經吸附式干燥機進行深度除水，再經除油水過濾后進入，使氣源露點達到要求的5--10℃，再經除塵過濾器使粉塵顆粒度小于1μm，成為合格的原料氣源（達到食品級衛生許可要求）。
合格的原料氣源經減壓閥進入臭氧發生器，在臭氧發生器的中頻高壓電場內，空氣中的部分氧氣變成臭氧，產品氣體為臭氧化氣體，經流量、壓力調節閥調節和渦街流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，以及臭氧監控儀檢測臭氧濃度后，臭氧發生器所產生的臭氧經渦街流量計和總管壓力變送器檢測總流量及壓力后進入接觸氧化踏。臭氧發生器在高頻高壓電場內，部分氧氣（O2）電離成臭氧（O3），產品氣體為臭氧化氣體，經流量、壓力調節閥調節和流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，臭氧發生器所產生的臭氧經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,純凈水、天然水（山泉水、礦泉水、地下水等經過過濾等工序制成），已普遍采用臭氧消毒。在自來水臭氧凈化應用時,國際常規標準為0.4ppm的溶解度值保持4分鐘,即CT值為1.6,我公司配備臭氧發生系統在水中可達到無菌，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。臭氧發生器應提供足夠濃度與產量的臭氧，混合裝置以高效率使臭氧溶解在水中，即達到一定的臭氧溶解度。因此，一臺好的臭氧發生器必須要有優良的氣水混合裝置，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：
傳統的曝氣法
歷史悠久的傳統混合方法。（布氣板法、鼓泡塔法同理）
運行方式---氣水順流、逆流或多級串聯交迭逆順流，連續運行或間斷批量運行。優點：能耗較低。缺點：噴頭堵塞時布氣不均勻，混合差，需要大型空壓機和昂貴的氧化反應塔。
著名的文丘里射流混合法
安全、高效的混合方法。
運行方式---氣水強制混合。優點：投資少，混合好，接觸時間短，經射流混合器后臭氧在水中的臭氧濃度可為曝氣法的數倍。本公司生產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。
氣液強力混合腔
運行方式---充分利用水的紊流產生較大的負壓，將臭氧吸入，在混合腔內產生渦流、旋轉并相互碰撞。經實際使用證明，一級臭氧吸收率達90%以上，在相同臭氧發生系統的情況下，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
臭氧發生系統處理2T水，水中的臭氧溶解度可達0.8--1.0mg/L以上。
氣液強力混合腔外體采用304不銹鋼制作，內腔采用316不銹鋼和部分耐臭氧ABS材料制作，SSLW系列內腔采用不銹鋼和耐臭氧PVDF材料制作，產品堅固耐用，無機械故障免維修，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壓作用吸入氣體，高速旋轉的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，由于泵內的加壓混合，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、出水壓力節等才能達到最佳效果，我公司的高濃度臭氧水機采用氣液混合泵。
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，水中的細菌物質也不能全被去除。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行二次滅菌的果汁飲料時，必須對水進行消毒處理，并要注意貯罐、管道、閥門等衛生狀態，防止對水產生二次污染。
水消毒的目的是殺滅水中的致病菌，并使水中的細菌含量符合規定標準。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生如下反應：
Cl2 + H2O → HCl + HOCl → 2H+ + Cl- + 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，破壞微生物體內的系統使之失去的活力而致死。另一方面，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后產生的物質相結合，對水中有機物和一些無機物等起氧化作用，從而抑制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根殺菌力較弱，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范圍內具有殺菌能力。微生物受到紫外線照射后，氣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，產生氧化能力極強的單原子氧（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極強的殺滅作用。單原子氧（O）也具有強氧化能力，對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。
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生氯的臭味，并使飲料中的色素發生氧化，影響產品質量。
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物等雜質，如鐵、錳、硫化物、苯、酚、有機磷、有機氯、氰化物等，還可以使水除臭脫色，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。臭氧處理后的水無色無臭，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99%的有機物，降低臭氧的用量。
1.4、工藝流程
礦泉水的生產工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產中的應用
純凈水的生產工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產中的應用
飲料用水的工藝流程根據不同飲料的要求而定。
二、技術方案及配置
基本設計數據
設計工作時間： 24小時運行
設計每小時工作氣量 見設備參數表
原料氣 空氣
處理水量 25T/H
臭氧投加量 200g/h
臭氧剩余濃度設計 0.4±0.05PPM
設備選型 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射流混合
運行方式 設計標準 24小時作業
發生量調節范圍 10-100%
臭氧濃度 70-120mg/L
對應冷卻水溫度 <35℃
三、臭氧系統工藝
臭氧發生系統是由1臺臭氧發生器、1臺氧發生器、1臺空氣壓縮機、1臺冷凍干燥機、過濾器等組成的空氣處理系統；
臭氧發生系統組成見《見下圖》
壓縮空氣經主管到普通過濾后，經過普通精密過濾器，由流量計和壓力變送器檢測壓縮空氣的流量和供氣壓力，經吸附式干燥機進行深度除水，再經除油水過濾后進入，使氣源露點達到要求的5--10℃，再經除塵過濾器使粉塵顆粒度小于1μm，成為合格的原料氣源（達到食品級衛生許可要求）。
合格的原料氣源經減壓閥進入臭氧發生器，在臭氧發生器的中頻高壓電場內，空氣中的部分氧氣變成臭氧，產品氣體為臭氧化氣體，經流量、壓力調節閥調節和渦街流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，以及臭氧監控儀檢測臭氧濃度后，臭氧發生器所產生的臭氧經渦街流量計和總管壓力變送器檢測總流量及壓力后進入接觸氧化踏。臭氧發生器在高頻高壓電場內，部分氧氣（O2）電離成臭氧（O3），產品氣體為臭氧化氣體，經流量、壓力調節閥調節和流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，臭氧發生器所產生的臭氧經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,純凈水、天然水（山泉水、礦泉水、地下水等經過過濾等工序制成），已普遍采用臭氧消毒。在自來水臭氧凈化應用時,國際常規標準為0.4ppm的溶解度值保持4分鐘,即CT值為1.6,我公司配備臭氧發生系統在水中可達到無菌，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。臭氧發生器應提供足夠濃度與產量的臭氧，混合裝置以高效率使臭氧溶解在水中，即達到一定的臭氧溶解度。因此，一臺好的臭氧發生器必須要有優良的氣水混合裝置，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：
傳統的曝氣法
歷史悠久的傳統混合方法。（布氣板法、鼓泡塔法同理）
運行方式---氣水順流、逆流或多級串聯交迭逆順流，連續運行或間斷批量運行。優點：能耗較低。缺點：噴頭堵塞時布氣不均勻，混合差，需要大型空壓機和昂貴的氧化反應塔。
著名的文丘里射流混合法
安全、高效的混合方法。
運行方式---氣水強制混合。優點：投資少，混合好，接觸時間短，經射流混合器后臭氧在水中的臭氧濃度可為曝氣法的數倍。本公司生產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。
氣液強力混合腔
運行方式---充分利用水的紊流產生較大的負壓，將臭氧吸入，在混合腔內產生渦流、旋轉并相互碰撞。經實際使用證明，一級臭氧吸收率達90%以上，在相同臭氧發生系統的情況下，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
臭氧發生系統處理2T水，水中的臭氧溶解度可達0.8--1.0mg/L以上。
氣液強力混合腔外體采用304不銹鋼制作，內腔采用316不銹鋼和部分耐臭氧ABS材料制作，SSLW系列內腔采用不銹鋼和耐臭氧PVDF材料制作，產品堅固耐用，無機械故障免維修，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壓作用吸入氣體，高速旋轉的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，由于泵內的加壓混合，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、出水壓力節等才能達到最佳效果，我公司的高濃度臭氧水機采用氣液混合泵。