近幾年，臭氧在飲用水方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這主要源于人們追求健康的愿望，那么臭氧在飲用水方面到底有哪些作用，又是如何應(yīng)用的呢？下面我們先從臭氧的特性說(shuō)起：

1 臭氧的組成及特性

1.1 臭氧的組成

臭氧是當(dāng)1 個(gè)氧分子O2 分裂成2 個(gè)氧原子O 而其余氧分子依然存在時(shí), 由1 個(gè)氧原子O 與1 個(gè)氧分子O2 化合而形成的臭氧。臭氧通常是由太陽(yáng)光中的短波紫外線輻射形成的, 并以氣體形式存在于我們地球大氣的上方( 臭氧層) 。臭氧也可以通過(guò)對(duì)O2 進(jìn)行高壓放電而得到, 我們通常在雷雨之后聞到的清新氣息, 就是高壓閃電( 滑閃) 放出臭氧的氣息。

1.2 臭氧的特性

氧化電位：2107V ( 在堿性溶液中)

氣味：閾值0101mg/ L ( 空氣中)

顏色：淡藍(lán)色

密度：是氧氣( O2) 的150%

穩(wěn)定性：取決于時(shí)間和溫度。在室溫下, 幾小時(shí)內(nèi), 臭氧即可不通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而完全轉(zhuǎn)變成氧氣。

溶解性：隨水溫、氣體濃度、接觸方式和臭氧在水中的需求量的變化而變化。

氧化能力：是一種強(qiáng)氧化劑, 是氯的152% 。

殺菌能力：能迅速殺滅微生物、病毒及孢子, 而幾乎不會(huì)影響pH 值和濁度, 殺滅大腸菌群比氯快得多。

2 臭氧在瓶、桶裝水中的工藝應(yīng)用

2.1 臭氧的適用范圍和作用

近幾年來(lái)臭氧已廣泛應(yīng)用于我國(guó)的瓶、桶裝水的后處理上, 而在國(guó)外, 如歐、美國(guó)家, 臭氧被廣泛用于市政用水的后處理已達(dá)幾十年。 瓶、桶水灌裝時(shí), 臭氧是很理想的殺菌、消毒的合劑。它能輕易且徹底地氧化有機(jī)污染物, 并通過(guò)將細(xì)菌性殘骸降解成二氧化碳( CO2 ) 、水(H2O) 來(lái)降低總有機(jī)碳( TOC) 的水平。臭氧殺菌易于分解, 無(wú)化學(xué)殘留, 對(duì)保護(hù)環(huán)境也有很大的意義。通常飲用水用氯消毒, 而氯與水中有機(jī)物結(jié)合會(huì)產(chǎn)生鹵代烴等消毒產(chǎn)物, 其中有一些在高濃度下已被證明有致癌和致突變作用。而臭氧發(fā)生反應(yīng)無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)有很大的化學(xué)貯罐, 并且設(shè)備容易設(shè)計(jì)到飲用水生產(chǎn)線中。

2.2 臭氧在飲用天然水和純凈水中的推薦用量

2.2.1 臭氧在天然水( 泉水、井水、深井水) 中的推薦用量因?yàn)椴煌?、不同水源的水的純度和其中的化學(xué)成分有顯著差別, 所以臭氧的用量也不同。例如天然水( 泉水、井水、深井水等未經(jīng)反滲透、蒸餾、電離的水) 需要臭氧的量較高, 因此需用較高劑量以滿足國(guó)際瓶裝水協(xié)會(huì)( IBWA) 及世界衛(wèi)生組織(WHO) 推薦的0.14mg / L 的殘余量。

2.2.2 臭氧在純凈水中的推薦用量

飲用純凈水的臭氧用量還是少一點(diǎn)為好。因?yàn)檫@種水來(lái)自市政供水網(wǎng), 且被反滲透, 蒸餾或電離過(guò)。這些水通常是被去除了硬度后再進(jìn)行反滲透處理或蒸餾處理的。因此, 水的質(zhì)量已相當(dāng)高, 雜質(zhì)含量很低, 不到10mg/ L, 所需的O3 量也較少。國(guó)際瓶裝水協(xié)會(huì)、世界衛(wèi)生組織規(guī)定瓶、桶裝飲用純凈水臭氧含量不少于0115mg / L。純凈水很容易被細(xì)菌污染, 而少量的殘余O3 就能起到殺菌作用, 而不需要用氯來(lái)凈化純凈水, 以免導(dǎo)致口感和味覺變化。

2.3 臭氧在水中的半衰期

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑和有效的消毒劑。作為不穩(wěn)定氣體, O3 的半衰期很短, 它很快就會(huì)分解為O2。在自然水中它的半衰期( 指又重新變化為O2 的時(shí)間) 能持續(xù)幾分鐘。而在純凈水中有6~ 8h; 在瓶裝水中有1~ 2d。

2.4 臭氧在水中的接觸方式

由于臭氧半衰期短的這一特性, 臭氧在水中被溶解后再與水接觸一段時(shí)間的工藝過(guò)程是相當(dāng)嚴(yán)格的。臭氧在水中的接觸方式, 一般來(lái)說(shuō)有兩種: 靜壓( 也稱常壓) 或封閉( 也稱串聯(lián)式) 系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)適用各種大小的設(shè)備, 靜壓接觸一般用于自動(dòng)的灌裝設(shè)備; 封閉式接觸用于比較小型的廠家。

3 臭氧工藝在瓶、桶裝水工業(yè)中的應(yīng)用形式

3.1 靜壓接觸式

3.1.1 臭氧靜壓接觸器

用于瓶、桶裝水工業(yè)中臭氧的典型靜壓接觸形式有自己的壓力系統(tǒng), 在10~ 30Pa ( 帕斯卡) 的壓力下, 臭氧產(chǎn)生能力從2g/ h 至2500g / d。臭氧從大型不銹鋼貯罐底端壓入空氣發(fā)散器, 貯罐一般高214~ 5m, 直徑013~ 112m, 水下來(lái)與從空氣發(fā)散器中上來(lái)的臭氧氣泡接觸。見圖1。

圖1 水中臭氧 靜壓( 常壓) 接觸式工藝流程圖

3.1.2 水中臭氧靜壓( 常壓) 接觸式工藝流程及要點(diǎn)( 見圖1)

在這個(gè)系統(tǒng)中較關(guān)鍵的因素是發(fā)散器所產(chǎn)生的氣泡大小。它必須小至100~ 300Lm。氣泡的大小和接觸塔的高度直接影響到水和臭氧相互接觸后臭氧進(jìn)入水的速度。因?yàn)楸谎趸蟪恋砦镆壮练e在發(fā)散器表面, 所以發(fā)散器需定期清洗。天然水未經(jīng)反滲透、蒸餾、去離子的處理, 因此定期清洗就尤為重要, 特別是生產(chǎn)天然水的廠家比生產(chǎn)純凈水的廠家更重要。輸水泵對(duì)于進(jìn)入灌裝系統(tǒng)的壓力控制很有必要, 它可以將臭氧化的水按額定流量均壓通過(guò)保安過(guò)濾器送往灌注間或返回到純凈水或天然水儲(chǔ)罐。

3.1.3 臭氧安全防護(hù)措施

作為安全預(yù)防措施, 接觸貯罐必須設(shè)有空氣通風(fēng)口或在O3 自暴裝置上設(shè)通風(fēng)口。臭氧警報(bào)器也必須連接在臭氧 自暴裝置上, 這樣一旦很過(guò)人體很限壓力, 就可以發(fā)出警報(bào)并同時(shí)很好地排氣、排風(fēng), 以減緩壓力。

3.2 封閉( 串聯(lián)式) 接觸式

3.2.1 臭氧封閉接觸式工藝流程

這種流程裝置是利用一個(gè)壓力泵( 水泵) , 將水從貯罐中抽出, 打入一個(gè)文丘里臭氧注入器及臭氧水接觸塔, 然后經(jīng)過(guò)保安過(guò)濾器送至灌裝間或返回純凈水或天然水貯罐。見圖2。

圖2 水中臭氧封閉( 串聯(lián)) 接觸式工藝流程圖

這種系統(tǒng)的安全性、臭氧接觸性較好, 原因在于使用了真空臭氧發(fā)生器和封閉的臭氧水接觸塔, 再充分將臭氧和水混合; 而且臭氧的注入是由文丘噴射器控制的。

3.2.2 臭氧封閉( 串聯(lián)) 接觸式特點(diǎn)

由文丘里注入器提供的不斷增長(zhǎng)的輸送效率以及封閉的臭氧水接觸塔使得臭氧量更精確, 裝置體積也縮小了。臭氧實(shí)際上成了文丘里管中水溶液的一部分, 無(wú)需暴露在空氣或大氣壓力下就實(shí)現(xiàn)了接觸。這種增加的效率使得灌裝廠只需要很小型的臭氧接觸系統(tǒng), 就能滿足對(duì)臭氧量( mg/ L) 的要求。

3.2.3 臭氧排放安全裝置

一個(gè)自動(dòng)的不銹鋼通風(fēng)口控制臭氧水接觸塔的臭氧氣排放。排放出的臭氧經(jīng)過(guò)小碳濾器進(jìn)入車間或空氣中, 也可通過(guò)臭氧 自暴裝置直接排入大氣中。

3.3 臭氧在水中混合濃度的監(jiān)測(cè)控制裝置

圖1 和圖2 兩種接觸形式, 其臭氧在水中的濃度均需監(jiān)測(cè)和反饋至臭氧發(fā)生器來(lái)控制臭氧量的大小。這個(gè)任務(wù)由ORP 監(jiān)測(cè)控制裝置來(lái)完成。見圖1 或圖2。

3.3.1 ORP 檢則儀的作用

ORP 是某種溶液氧化能力的一種標(biāo)志, 并與氧化劑的濃度和強(qiáng)度有關(guān)。ORP 檢測(cè)儀控制臭氧在水中的濃度, 能使溶液的氧化能力保持在必需的反應(yīng)水平上。作為一個(gè)連續(xù)的監(jiān)視和控制過(guò)程, 在線ORP 裝置能隨時(shí)檢測(cè)灌裝時(shí)瓶、桶裝水的ORP 即定量描述溶液氧化或還原的能力( 或稱之為電動(dòng)勢(shì), 以mV 計(jì)) 利用對(duì)其氧化還原電動(dòng)勢(shì)( ORP) 的測(cè)量, 可實(shí)現(xiàn)對(duì)在線過(guò)程的有效控制。

3.3.2 ORP 控制臭氧的特點(diǎn)

ORP 控制裝置利用其探頭電很測(cè)量臭氧的濃度大小, 當(dāng)?shù)突蚋哂谠O(shè)定的在臭氧水中的濃度范圍( 以mg/ L 計(jì)) 時(shí), 在表計(jì)上迅速反應(yīng)和報(bào)警, 并能跟蹤記錄和控制灌裝瓶、桶水中的臭氧殘留, 使得臭氧發(fā)生器的附屬裝置能隨ORP 水平的高低, 在高壓時(shí)中斷臭氧輸送, 低壓時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)裝置。

3.3 ORP 值和臭氧在水中濃度含量的關(guān)系

ORP 值的大小和臭氧在水中的濃度含量的關(guān)系見曲線圖3。

圖3 ORP 與臭氧濃度( ml/ L) 關(guān)系曲線

利用ORP 控制, 能確保得到較高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的水。而ORP 能精確地控制國(guó)際瓶裝水協(xié)會(huì)規(guī)定的殘留臭氧水準(zhǔn)。因此瓶、桶裝水工業(yè)能確保適合的臭氧量, 以達(dá)到較安全且較有效臭氧量的要求。世界衛(wèi)生組織制定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)為較小ORP 值必須控制在650 毫伏。

4 結(jié)論

臭氧對(duì)于瓶、桶裝水工業(yè)的發(fā)展和完善起到了非常重要的作用。適量臭氧能有效地對(duì)天然水、飲用純凈水起消毒、殺菌的作用, 臭氧和其它的過(guò)濾水處理程序一起通過(guò)殺菌、控制菌數(shù)、瓶、純凈水桶、蓋的消毒及氧化那些有害的可氧化雜質(zhì)來(lái)處理水, 使瓶、桶裝飲用水的使用期限更長(zhǎng)久。臭氧同時(shí)能增加水中氧氣的含量, 去除如鐵、鎂、硫等不合適雜質(zhì), 從而改善飲用水的口感。使用適量的臭氧, 通過(guò)精確的ORP值控制, 并配合各種水質(zhì)特性及正確的臭氧工藝,瓶、裝水工業(yè)能確保顧客得到非常安全可靠的高質(zhì)量產(chǎn)品。

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