臭氧發生器在水生產中的消毒原理

 　一（yī）、概述
 　　目前，在（zài）我國瓶裝飲用水市場上，主要有礦泉水和純淨水兩種飲用水。在飲（yǐn）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（quán）水和純（chún）淨水兩種飲（yǐn）用水及飲（yǐn）料用水的消毒（dú）殺菌（jun1）工藝做以概述。
 　　在水質處理過程中，大（dà）部（bù）分微生（shēng）物已被去除，但即使是采用微濾、超濾等方法處理水時（shí），水中的（de）細菌物質也不能全被去除。而一（yī）般的水質處理方法更不能除盡（jìn）微生物。為確保產品在保（bǎo）質期內合格，保證消費者的健康，在（zài）製造飲料，特別是製造碳酸飲（yǐn）料、礦泉水、純淨水以及包裝後不再進行二次滅菌的果（guǒ）汁飲料時，必須對水進行消毒處理，並要注意貯罐、管（guǎn）道、閥（fá）門等衛生狀態，防（fáng）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（liàng）符合規定標準。常用的水消毒方法（fǎ）是氯消毒（dú）、紫外消毒和臭（chòu）氧消（xiāo）毒。
 　　二（èr）、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（rú）下反應（yīng）：
 　　Cl2 + H2O → HCl + HOCl → 2H+ + Cl- + OCl-
　　反應生成的（de）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（wēi）生物體內，破壞（huài）微生物體內的係統使之失去（qù）的活力而（ér）致死。另一方麵（miàn），次氯酸性質很（hěn）不穩（wěn）定（dìng），即容易放出新生態（tài）氧[O]，新生態氧與銨鹽、硫化氫、氧（yǎng）化亞鐵、亞硝（xiāo）酸鹽以及有機物腐敗後產生的物質相結（jié）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（dà）部分（fèn）微（wēi）生物的（de）生長（zhǎng），因此一般（bān）認為次氯酸具有主（zhǔ）要的滅菌作用。而反應中（zhōng）生成的次氯酸根殺菌力較弱，不具有次（cì）氯酸（suān）穿透微生物細胞膜的（de）能力，因此其消毒作用遠低於次氯（lǜ）酸（suān）。
 　　紫外（wài）線消毒的原理是紫外線的（de）光譜波長在490nm -140nm範圍（wéi）內具有殺（shā）菌能力。微生（shēng）物受到紫外線照射後，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（xiè）障（zhàng）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（yǒu）一定的穿透力，因此能使水消毒。 
　　臭氧（yǎng）消毒的原理是臭氧在水中（zhōng）發生氧化還原反應，產（chǎn）生氧化能力極（jí）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（huà）劑（jì），可使有（yǒu）機物發生連鎖反應，反應十分迅速。羥基（OH）對各種致病微（wēi）生（shēng）物有極強的殺滅作用（yòng）。單原（yuán）子氧（O）也具（jù）有強氧化能力，對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大（dà）的殺傷力。
 　　三、比較
 　　自來（lái）水等（děng）飲用水在我國目前普遍使用氯（lǜ）劑消毒。而使用氯（lǜ）法有嚴重的二次汙染問題存（cún）在。1973年起，荷（hé）蘭、加拿大、美國（guó）等國相繼發現用氯消毒後的自來水中會產生鹵代有機（jī）物（氯仿、氯胺等（děng）），經動（dòng）物實驗證明有致癌危險。況且氯消毒易受溫度（dù）和PH值（zhí）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（tàn）酸飲料等（děng）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。
 　　采用紫外消毒時，不同的對像菌致死所需的照射能量差異較大，另（lìng）一方麵原水水質對紫外殺菌效果（guǒ）也有影響，紫外線因在（zài）水中的穿透能（néng）力有限而難以達到理想效果。而且紫外消毒不能像餘氯那樣維持消毒效果。
 　　臭氧具有比氯更（gèng）強的氧化（huà）消毒能力，不但可（kě）以較徹底地殺（shā）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（liú）化物、苯（běn）、酚（fēn）、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（de）。臭氧適應能力強，受水溫、PH值影響較小。臭氧（yǎng）適應範圍廣，不受菌種限（xiàn）製，殺菌（jun1）效果比氯消毒和紫外消毒效果好。與氯不（bú）同的是殘餘臭氧可以自行分（fèn）解為氧（yǎng）氣，不會產生二次汙染。臭氧處理（lǐ）後的水無色無（wú）臭，口感好，能改善飲用（yòng）水品質（zhì）。
 　　故此，為了提高（gāo）瓶裝飲用水的質量和（hé）延長保質期（qī），國際瓶裝水協會（IBWA）建議采用臭氧（yǎng）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。
 　　四、工藝（yì）流程
 　　飲料用水的工藝流程根據不同飲料的（de）要求而定。
 　　五、臭氧（yǎng）消毒（dú）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（shí）間為4-10min，保持（chí）0.1-1mg/L剩餘臭氧濃度。
 　　2．主要設備的選擇
 　　a．中型臭氧發生器
 　　臭氧發（fā）生器的（de）產量應根據設計（jì）流量及臭氧投加量來確定。
W = 0.001×Q×P
 W --- 臭氧發生器（qì）的產量（g/h）
Q --- 設計水量（liàng）（L/h）
P --- 臭氧投加量，一般采用1-5mg/L
 0.001 --- 單位（wèi）換算係數
 　　b．接觸氧化罐
 　　接觸氧化（huà）罐的尺寸應根據設計流量及流速來確定。
S = Q/V
 S --- 罐體截麵積（m2）
V --- 流速，一般采用8-10m/h
 D = （4S/3.14）1/2
 D --- 罐體直徑（m）
 　　罐體高度的確定：
H = V×t + 0.2
 H--- 罐體高度（m）
t --- 接觸時間，一般采用4-10min
 0.2 --- 布水（shuǐ）空間（jiān）高度（m）
 　　六（liù）、中型臭氧發生器的安裝運行
　　中型臭氧發生器一般采（cǎi）用噴射投加方（fāng）式，即全（quán）部或部分水流與臭（chòu）氧（yǎng）通過噴射器（qì）混合後進入接觸反應罐。連接水路和氣路。保持臭氧發生（shēng）器（qì）進氣口與大氣（qì）相通。開啟水泵。調節進水閥門，調氣量開關在最大位置。調節水射器旁的水壓調節閥，使臭氧發生器進氣口與（yǔ）氣瓶連接，調節氣瓶減壓閥。接（jiē）好電源線，按電源開關，調功率調節開（kāi）關至最大。工作20分鍾後，用水中臭氧濃度檢測（cè）儀檢查出水口臭氧濃度，應約為0.4mg/L。
　　七、設計舉例
　　某（mǒu）純（chún）淨水廠消毒工（gōng）藝（yì）設計流量為10m3/h，選擇臭（chòu）氧發（fā）生器及接觸氧化罐。
 　　解：設臭氧投加量為2mg/L，則
W = 0.001×Q×P = 0.001×10×1000×2 = 20g/h
設罐內流速為10m/h
 S = Q/V = 10/10 = 1m
 D = （4×1/3.14）1/2 = 1.13 m
取罐體直徑為1.15m。
H = V×t + 0.2 = 10×10/60 + 0.2 = 1.87m
取罐體高（gāo）度為1.90m。
 即罐體尺寸（cùn）為D×H =φ1150×1900（mm