水處理中的紫外線和臭氧滅菌技術

      食品工業用水的滅菌，歷來使用以含氯為主的殺菌劑和熱殺菌方法。除此以外，還有臭氧處理法、紫外線照射法、膜（UF/MF）處理法等新的處理方法。這些方法各有優缺點，必須仔細研究各種方法的性質、適用范圍和注意事項之后，再根據具體條件靈活運用。

一. 食品工業用水處理過程中的臭氧
      所使用的水質必須符合飲用水標準。有的必須在水質極限濃度標準備范圍之內，甚至，根據用途的要求需達到無菌純水，由于食品工業成品的種類和工廠的規模不同，情況也是各種各樣的。
      臭氧是強氧化劑。臭氧處理法是利用臭氧分解時，生成的新生態氧的氧化作用和分解能力。下表說明在水處理過程中，臭氧的功能和利用目的。

機  能	目      地
無機物的氧化	A 金屬離子的去除：除鐵、除錳、有機金屬化合物的分解；有害物質的去除：氰、NOx、SOx；亞硝酸等的氧化分解。
有機物的改變	A 脫色；B 減少臭味；C 支除有機物的預處理；提高活性炭的吸咐性；D生物去除：殺菌，病例毒的非活化；E 淤泥的去除，F 有機物合成，維生素的制造；一般藥品的制造
有機物的完全氧化	E 有機物的去除。

      臭氧處理法，除了滅菌作用以外，還有脫色、去臭，使難分解的物質變成容易分解的物質，絮凝作用的改善和提高凈化能力等。因此，在工廠用水和處理方面，臭氧的應用范圍很廣，既可以用于處理原水系，生產用水，也可以處理排水，但是，作為生產用水使用的殺菌手段，臭氧處理法的復合作用，在有的場合也并不受歡迎。
      水的紫外線照射滅菌法不是在水中新加入任何不純物，也不是使被處理的水發生任何化學變化，而是在極短的時間內存其設備之內完成滅菌過程。因此，紫外線殺菌方法大多適用于清潔的生產用水滅菌。
      在儀器工廠用水的微生物控制方面，與制品的質量惡化、腐敗有關的菌種有芽孢菌屬的一般細菌，野生酵母類、絲狀菌類等。

二. 臭氧滅菌法
      1. 臭氧的滅菌機制和滅菌特性
      臭氧分解生成氧和新生態氧。此種新生態氧作用于細菌和病毒等的細胞壁和細胞膜，反應在脂質（類脂化合物）的雙鍵。在進行這一作用時，細胞膜被破壞，而且酵素被破壞，從而達到滅菌的效果。
      對于芽孢桿（Bacillus）菌細菌孢子，用濃度0.3～0.5mg/L的臭氧滅菌劑即可達到滅菌效果。乳酸菌對臭氧的抵抗力很弱。據報告，初始菌數2.3～5.6×109/mL，經臭氧處理30秒種，細菌大多數死去。
      臭氧的殺菌效果，因微生物種類的不同而有很大差異，這是由于的細胞壁或細胞膜的差異遷成的。 
      用臭氧處理芽桿菌屬的細菌孢子和酵母，需要較長時間，但是，若增加臭氧濃度可使反應時間適當的縮短。在實際使用過程中，可根據菌種確定臭氧的濃度和選定接觸反應時間。
      按飲用水標準進行的臭氧滅菌法，接觸反應時間性為5～8分種，臭氧發生器出口處的臭氧濃度為0.4mg/L以上（注入率為2～3mg/L），大多數實例以上述條件為運行管理目標。如果在同樣的系統內，將臭氧的注入率增加至5mg/L，根據實驗結果，經過此種處理的水，一般來說，細菌是不能存活的。
      2. 水的臭氧滅菌方法，不僅是一個滅菌裝置，而應視為一個滅菌系統
      為了建立這樣一個系統，須注意如下事項。
       A) 選用具有穩定的臭氧生產能力的臭氧發生機。近年來，臭氧發生機的開發研制和技術水平顯著提高。市場上出售的臭氧發生器，各種類型都有，如無聲放電式玻璃管式，同極板式，陶瓷表面放電式等。從15g/h的小型機到40kg/h的大型機，均可于供臭氧原料的PSA制氧機配套，形成系列化產品。
       B) 臭氧原料的精制：除了借助熒光燈制造臭氧或冷藏庫使用的小型臭氧機外，對于工業規模臭氧發生機，作為臭氧原料的空氣精制處理，除塵、除濕是非常重要的。一般來說：用無聲放電臭氧發生機產生臭氧的濃度，以空氣為原料時為1～3%，以氧為原料時，為2～6%，如果這個精制處理過程不充分，那么，不僅臭氧的生產效率低，而且原料中的不純物原封不動地，一部分以氮氧化物形式進入臭氧處理水系統。
       用于食品制造的生產用水的臭氧殺菌方法，應該采用純氧或PSA制氧機來供給臭氧原料。
       C) 水和臭氧的接觸反應時間：臭氧注入量和接觸反應時間，要根據作為殺菌對象的微生物的種類及目標滅菌率而定。這涉及建造費用的因素。
       D) 臭氧濃度的管理：為了使臭氧滅菌過程可靠的進行，監測臭氧注入濃度和臭氧溶解度是很重要的，要將他們控制在一個合適的范圍內?，F在，除了高精度的連續式臭氧濃度測定器，價格低廉的手提式測定器也已研制出來，所以定期進行臭氧濃度測試，并采取補救措施也是必要的。在水的滅菌過程中，不可避免地要將臭氧排到系統之外，所以必須進行除害處理，使排出的臭氧量在允許濃度之下。

三. 紫外線照射殺菌法
      1. 紫外線殺菌機理和處理特性
      波長200～290mm的紫外線，可透過細菌或病毒的細胞膜對控制著遺傳現象和生物機能核酸（DNA）造成損傷，使它失去繁殖能力，從而達到殺菌的目地。
      核酸（DNA）對于波長250～260mm的紫外線，有特別容易吸收的傾向。這就是為什么這種波長的紫外線殺菌能力強的緣故。按照要殺滅的微生物所需的紫外線照射量進行殺菌處理，而又不使水質發生任何變化，在極短時間內進行瞬間滅菌，效果良好。而且，這種處理是在直管流通型的裝置內完成。
      在紫外線殺菌方面，殺菌能力的大小以相對于處理水時的紫外線照射量mw·s/cm2（紫外線照射強度[mw/cm2×時間]）來表示。紫外線照射擊量的大小與殺菌率的大小有相關關系。
      各種微生物對紫外線的敏感程度，因菌種的不同而有差異。根據以芽孢桿菌屬（Bacillus）為對象（含B.subtlis）進行的工廠試驗結果表明，在照射量D10=12.5mw·s/cm2時，殺菌率達到99.5%。為此，實際裝置的設計照射量相當于D10×4，即50mw·s/cm2以上。   
      2. 紫外線殺外國籍法的適用場合及注意事項
      A) 紫外線殺菌裝置的選定：在選擇臭氧發生機時，要以臭氧發生量為標準，而紫外線殺菌裝置則以和處理水量有關的紫外線照射量為選擇的標準。殺菌燈的照度，隨著使用時間的延長而衰減，因此所需紫外線照射量的選定，要以燈的壽命終點為標準。
      B) 需要處理水的性狀：使用紫外線殺菌法，根據所處理水中的菌種所埯要的紫外線照射量進行照射，可初步發揮效果。因而，所處理水的紫外線透過率是個問題。特別是含有混合物的水或糖液，必須先考慮由于所處理水（液）的紫外線衰減的因素，之后，再選定所需的紫外線照射量。
      C) 紫外線燈的溫度特性：一般使用的有低壓水銀燈，在周圍溫度40～50 ℃ 的條件上，照射率達到峰值，若在水溫較低的情況下，則殺菌效率降低，這一點必須考慮到。
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