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瓶裝水菌落總數超標用臭氧殺菌消毒

2021-11-16 09:56:48| 發布者: 佳環

桶裝水、天然礦泉水生產最容易出現且最難控制的問題就是微生物污染問題、耗氧量、游離氯、溴酸鹽、亞硝酸鹽等質量問題。盡管國家標準中允許存在一定量的細菌,但實踐證明,凡初...

桶裝水、天然礦泉水生產最容易出現且最難控制的問題就是微生物污染問題、耗氧量、游離氯、溴酸鹽、亞硝酸鹽等質量問題。盡管國家標準中允許存在一定量的細菌,但實踐證明,凡初檢有少量細菌存在但符合飲用衛生標準的礦泉水產品很難在保質期內保存,其次在其它理化指標上都達不到理想的國標品質要求

桶裝水、礦泉水的微生物污染主要包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、霉菌、厭氧菌、糞鏈球菌、銅綠假單胞菌和產氣莢膜梭菌、放線菌的污染,細菌可將礦泉水、純凈水中的硝酸鹽轉化成亞硝酸鹽,如果不用臭氧消毒,細菌就會超標,其他東西無法取代臭氧,臭氧用在飲用水行業已經過百年,不用臭氧消毒,這些細菌無法消滅,社會發展這么多年,要取代臭氧消毒暫時還做不到,臭氧沒有二次污染,直接還原氧氣。如果不用臭氧消毒,水中的霉菌和放線菌的菌絲體可形成白色絲狀漂浮物、白色絮狀物,這一問題就會困擾著許多礦泉水、桶裝水企業。許多水企業不知道改怎么辦,沒有用過臭氧消毒的企業,細菌都超標!如果還在懷疑臭氧消毒的效果,那就不用開水廠了。

 

純凈水生產工藝常用到的消毒劑為何達不到高效品質:

1)二氧化氯:  

(一) 物理性質:

 ①、二氧化氯ClO2摩爾質量為67.453g/mol常溫下是黃綠色或橘紅色氣體,ClO2蒸氣在外觀和味道上酷似氯氣,有窒息性臭味,當溶液中ClO2濃度高于30%或空氣中大于10%,易發生 低水平爆炸,在有機蒸氣條件下,這種爆炸可能變得強烈  

 ②、二氧化氯不穩定、受熱或遇光易分解成氧和氯   

 ③、二氧化氯氣體易溶于水,其溶解度約是Cl2的5倍,溶解中形成黃綠色的溶液,具有與Cl2近似的辛辣的刺激性氣味 

(二) 化學性質:

 ①  二氧化氯系一強氧化劑,其有效氯是氯氣的2.6倍,與很多物質都能發生強烈反應,二氧化氯腐蝕性很強  

 ② 二氧化氯能與很多無機和有機污染物發生氧化反應其中包括鐵、錳、硫化物、氰化物和含氮化物等無機物以及酚類、有機硫化物、多環芳烴、胺類、不飽和化合物、醇醛和碳水化物以及氨基酸和農藥等有機物反應

③ 受溫度影響明顯:在2-30℃內測定亞硝酸鹽和4-甲基酚的阿累尼烏斯圖給出了很好的線性關系,每升高1℃其表現速率常數分別增加4%和7% 


二氧化氯被列入國家水廠生產的禁物。因此二氧化氯被市場淘汰!

2)臭氧  臭氧是一種高效殺菌消毒劑,其殺菌消毒能力在現有殺菌消毒劑中是最強的,是細菌的殺手。O3在自來水中的半衰期約為20min (20℃),是水中消毒的最好東西,沒有二次污染

 

臭氧特點: 

①   臭氧對人沒有毒,至今沒有臭氧中毒事件

②臭氧為強氧化劑,濃度越高對物品損壞越重,可使銅片出現綠色銹斑、橡膠老化,變色,彈性減低,以致變脆、斷裂,使織物漂白褪色等。使用時應注意。

③溫度和濕度可影響臭氧的殺菌效果:臭氧作水的消毒時,0℃最好,溫度越高,越有利于臭氧的分解,故殺菌效果越差加濕有利于臭氧的殺菌作用、要求濕度>60%,濕度越大殺菌效果越好。

 

            水溶臭氧濃度與保持時間是殺菌的必要條件

       軍事醫學科學院軍隊衛生研究所馬義倫教授等經過對炭疽桿菌,枯草桿菌黑色變種進行臭氧處理試驗,總結出殺菌動力學經驗公式:

dN/dt=-KNtMCN

        其中:  N:菌數  t:時間  C:水中臭氧濃度 m、n是t與c的指數  K:效率常數,也可表示細菌抗力。
        由以上公式可以看出單位時間的滅菌量是與水中臭氧濃度及處理時間的若十次療成止比,可見K與N在不變動的情況下要達到殺菌的目的,必須保證臭氧在水中濃度與一定的接觸時間。

   
 2、保證水中臭氧濃度的必要性
    要保證臭氧在水中的濃度需要很多條件,大致有水溫、氣壓、氣液的相對運動速度、臭氧氣作用在液體表面的分壓、臭氧氣的表面積、水的粘度、密度、表面張力等,其中有些因素,如水溫、氣壓、臭氧氣作用在液體表面的分壓至關重要。也有的,如水的密度、粘滯度、表面張力等,在某一具體條件下是不變的,就可以不予考慮,現將其中關系簡單介紹如下:
    氣液兩相間的傳質強度取決于分子與湍流的擴散速度,可以用一般傳質公式表示:
                                  
   u=dG/dt=KF·△C

   
 其中:  u:傳質速度,可用在t時間內從氣相傳入液相的臭氧量G確定,即dG/dt。 K:傳質系數,F:氣相與液相的接觸表面積,△C傳質過程中的動力,可用臭氧在實際情況下與平衡時的濃度差決定(即水中臭氧濃度與臭氧源中臭氧濃度差別越大,傳質速度越大)。
    分析一般傳質方程式可以知道,首先要使臭氧盡多地溶入水中,就要盡量加大臭氧與水的接觸表面積F,而這是接觸裝置決定的。
    其次,△C說明臭氧發生器的濃度越高,越有利于水對臭氧的吸收·
    第三,傳質系數K則與多種因素有關,K(總傳質系數)為氣相傳質系數K氣與液相傳質系數K液之和,而臭氧屬于低溶解度氣體,K氣可忽略不計.而根據亨利一道爾頓定律,K液是多種物理參數的復合函數。
                               
   K液=f(T,P,u,w,p,ó)
    其中臭氧溶解量與氣體壓力P成正比而與水溫T成反比。
    隨著兩相相對線速度的增大,氣液兩相接觸表面積F及其更新速度也增大,但每個氣泡與液體接觸的時間會減小,因此從綜合效果來看,氣體-液體的相對線速度應維持在一個范圍內較好.
    液體的粘滯度u,密度p及氣液間介面表面張力。的提高可使相間表面更新速度降低,并相應使K液減小,所以Km與u,p,o成反比,對于各種飲用水,此項可忽略不計。
    在應用中,我們應關注溫度、氣壓兩個參數,而在設計接觸裝置時則應注意到水流、氣流的相對速度,尤其是其中的溫度,因為溫度高了不但使水對臭氧的吸收效果下降,而且臭氧本身會因溫度過高而分解。國內就曾發生過試圖用臭氧處理70·℃的水溫而沒有取得任何效果的例證。
    1894年梅爾費特(Mailfert)根據前人的實驗報告求出以下臭氧在水中的濃度:

溫度(攝氏度)

O

11.8 

15

19

27

40

55

60

溶解度(L氣/L水)

0.64

0.5

O.456

0.381

O.27

0.112

O.031

O

    這組數據大致里線性,而且表明臭氧在水中的溶解度大約是氧的lO-15倍。
    威諾薩(venosa)與奧帕特金(Opatken)指出,決定臭氧(或任何氣體)在某液體中的溶解度的基本關系式是亨利定律.即在一定溫度下,任何氣體溶解于已知體積的液體中的重量,將與該氣體作用在液體上的分壓成正比。
    而且此定律可推導出結論:在標準溫度與壓力下,臭氧是氧溶解度的13倍。
    從亨利定律可以得出結論:要提高臭氧在水中的溶解度,必須提高臭氧氣在整個氣源中分壓,即提高臭氧源的濃度,如果臭氧源的濃度不夠,處理時間再長,水中臭氧濃度也提不高(因已達到濃度平衡)。
    從以上論述,可以得到結論:
    1、為保證殺菌效果,必須保證水中臭氧的一定濃度與處理時間。
    2、為保證水中臭氧的一定濃度就需保證:
        a.臭氧源的濃度。
        b.一定的氣溫。
        c.水溫不能過高。
        d.投入水中臭氧氣的比表面積盡量大,使臭氧與水的接觸機會更多。
    根據國內外應用經驗一般水質的飲用水消毒處理參數推薦為:水溶臭氧濃度O.4mg/L,接觸時間為4分鐘,即CT值為1.6。臭氧投加量1-2mg/L,水溫最好在25攝氏度以下。前蘇聯標準規定飲用水中臭氧濃度不低于O.3mg/L。我國瓶裝水行業推薦灌裝時瓶內水臭氧濃度0.3mg/L.

三、目前常用的三種接觸裝置與其效果

    前節已提到接觸裝置的根本目的是保證臭氧在水中有盡量大的溶解度,為此,就需使臭氧氣與水的接觸面盡量大,有足夠的接觸時間,因而對接觸裝置的基本要求是:
    1、能保證最優化的臭氧吸收效果。
    2、接觸裝置工作時,工藝參數控制容易,工作穩定,安全性好。
    3、能耗(攪拌或輸送水、氣所需動力)最低。
    4、最小的體積下有最大的生產能力。
    5、結構簡單,用料便宜,制造與維修成本低。
    一般常用的接觸裝置有三種:鼓泡塔或池:水射器(文丘里管)與固定螺旋混合器(單用或合用):攪拌器或螺旋泵:也有兩種以上串聯使用的,簡介如下:
    
l、鼓泡法:大型水處理用鼓泡池,小型水處理則常用鼓泡塔,它要求鼓泡器有小(幾個微米到幾十微米孔徑)的孔徑以增加臭氧的比表面積,而且要求孔徑布氣均勻,以使水、氣全面接觸,尤其是在鼓泡池中用多個布氣器時,同時一般要求從水面到布氣器表面,水深不小于4-5m,以利于氣、水充分接觸。
    它的優點是:操作方便,可以很容易改變運行參數而不影響投加效果和工作的穩定,動力消耗少,鼓泡塔結構簡單,維修方便。
    但其體積過于龐大,池式占地面積大,塔式要求較高廠房成本較高。

   
 2、水射器(文丘里管)是利用高速水流在變徑管道中流動造成的負壓區吸入臭氧氣,并形成湍流起到混合效果。
    而在文丘里管后設置固定螺旋混合器則可進一步起攪拌水、氣作用,在較長的距離內保持湍流狀態以加強吸收。
    這種裝置由于混合時間很短,所以在其輸出管道后常常還需加設貯水罐,以增加水、氣接觸時間,并使水流速降低以使尾氣析出。
    它的結構比鼓泡塔大大減小,生產成本低,但需加設水泵以保證水的噴射速度,而且工藝參數不易掌握,處理水量不能隨意調節,否則將發生氣、液兩相分離,影響吸收效果。
    
3、攪拌法:早期生產的攪拌器類似單缸洗衣機,只是電機上置、外筒做成多角型,利用攪拌造成的渦流使氣泡打碎,溶入液體。此類攪拌法效果差,動力消耗大,比鼓泡法體積小但成本并不低,由于有機械運動及臭氧腐蝕,所以機器壽命低,維修費用高。
    近年有渦輪泵上市,混合效果很好,而且體積小巧,工r藝參數操作容易,但結構復雜成本高,動力消耗大,維修復雜,在它的管路后而也需設置貯水罐。

四、臭氧濃度測試

    由于臭氧是化學性質極不穩定的氣體,收集并短時間內測量其在空氣中及在水中的含量就成為比較困難的問題。如前所述,要保證臭氧對水的凈化殺菌目的,需要控制種種參數,其中各項,只有臭氧濃度的量測是困難的。一些臭氧發生器生產廠家自己不會測試,也不知道自己的產品所產臭氧的濃度,更有個別廠家利用測試困難肆意夸大自己產品性能,造成極不好的影響,以至影響到人們對臭氧殺菌能力的信任。

 


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