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一、概述
1.1目前，在我國(guó)瓶裝飲用水市場(chǎng)上，主要有礦泉水和純凈水兩種飲用水。在飲料市場(chǎng)上，各種飲料的主要成分均為水，稱為飲料用水。
    在水質(zhì)處理過(guò)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(shí)，水中的細(xì)菌物質(zhì)也不能全被去除。而一般的水質(zhì)處理方法更不能除盡微生物。為確保產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)合格，保證消費(fèi)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(jìn)行二次滅菌的果汁飲料時(shí)，必須對(duì)水進(jìn)行消毒處理，并要注意貯罐、管道、閥門等衛(wèi)生狀態(tài)，防止對(duì)水產(chǎn)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(xì)菌含量符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。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(huì)產(chǎn)生如下反應(yīng)：
Cl2 + H2O → HCl + HOCl → 2H+ + Cl- + OCl-
反應(yīng)生成的次氯酸具有很強(qiáng)的穿透力，能迅速穿過(guò)微生物的細(xì)胞膜，進(jìn)入微生物體內(nèi)，破壞微生物體內(nèi)的系統(tǒng)使之失去的活力而致死。另一方面，次氯酸性質(zhì)很不穩(wěn)定，即容易放出新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧與銨鹽、硫化氫、氧化亞鐵、亞硝酸鹽以及有機(jī)物腐敗后產(chǎn)生的物質(zhì)相結(jié)合，對(duì)水中有機(jī)物和一些無(wú)機(jī)物等起氧化作用，從而抑制了依靠這些物質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)的大部分微生物的生長(zhǎng)，因此一般認(rèn)為次氯酸具有主要的滅菌作用。而反應(yīng)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(xì)胞膜的能力，因此其消毒作用遠(yuǎn)低于次氯酸。
 
   紫外線消毒的原理是紫外線的光譜波長(zhǎng)在490nm -140nm范圍內(nèi)具有殺菌能力。微生物受到紫外線照射后，氣體內(nèi)的核蛋白質(zhì)會(huì)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(dāng)照射劑量增大一定量時(shí)，微生物細(xì)胞被破壞致死。紫外線對(duì)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(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的單原子氧（O）和羥基（OH），瞬間分解水中的有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌和微生物。羥基（OH）是強(qiáng)氧化劑、催化劑，可使有機(jī)物發(fā)生連鎖反應(yīng)，反應(yīng)十分迅速。羥基（OH）對(duì)各種致病微生物有極強(qiáng)的殺滅作用。單原子氧（O）也具有強(qiáng)氧化能力，對(duì)頑強(qiáng)的微生物如病毒、芽孢等有強(qiáng)大的殺傷力。
 
1.3、比較
 
    自來(lái)水等飲用水在我國(guó)目前普遍使用氯劑消毒。而使用氯法有嚴(yán)重的二次污染問(wèn)題存在。1973年起，荷蘭、加拿大、美國(guó)等國(guó)相繼發(fā)現(xiàn)用氯消毒后的自來(lái)水中會(huì)產(chǎn)生鹵代有機(jī)物（氯仿、氯胺等），經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明有致癌危險(xiǎn)。況且氯消毒易受溫度和PH值影響。余氯還會(huì)影響飲用水的口感，特別對(duì)于飲料用水，余氯會(huì)使碳酸飲料等飲料制品產(chǎn)生氯的臭味，并使飲料中的色素發(fā)生氧化，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
 
    采用紫外消毒時(shí)，不同的對(duì)像菌致死所需的照射能量差異較大，另一方面原水水質(zhì)對(duì)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(dá)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(qiáng)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(jī)物等雜質(zhì)，如鐵、錳、硫化物、苯、酚、有機(jī)磷、有機(jī)氯、氰化物等，還可以使水除臭脫色，從而達(dá)到凈化水的目的。臭氧適應(yīng)能力強(qiáng)，受水溫、PH值影響較小。臭氧適應(yīng)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(huì)產(chǎn)生二次污染。臭氧處理后的水無(wú)色無(wú)臭，口感好，能改善飲用水品質(zhì)。
 
故此，為了提高瓶裝飲用水的質(zhì)量和延長(zhǎng)保質(zhì)期，國(guó)際瓶裝水協(xié)會(huì)（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(jī)物，降低臭氧的用量。
 
1.4、工藝流程
礦泉水的生產(chǎn)工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產(chǎn)中的應(yīng)用
 
 
純凈水的生產(chǎn)工藝流程：
臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產(chǎn)中的應(yīng)用
飲料用水的工藝流程根據(jù)不同飲料的要求而定。
 
 
二、技術(shù)方案及配置
基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
設(shè)計(jì)工作時(shí)間：             24小時(shí)運(yùn)行
設(shè)計(jì)每小時(shí)工作氣量         見(jiàn)設(shè)備參數(shù)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(shè)計(jì)           0.4±0.05PPM
設(shè)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(huán)射流混合
運(yùn)行方式                   設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 24小時(shí)作業(yè)
發(fā)生量調(diào)節(jié)范圍             10-100%
臭氧濃度                   70-120mg/L
對(duì)應(yīng)冷卻水溫度             <35℃
 
三、臭氧系統(tǒng)工藝
臭氧發(fā)生系統(tǒng)是由1臺(tái)臭氧發(fā)生器、1臺(tái)氧發(fā)生器、1臺(tái)空氣壓縮機(jī)、1臺(tái)冷凍干燥機(jī)、過(guò)濾器等組成的空氣處理系統(tǒng)；
臭氧發(fā)生系統(tǒng)組成見(jiàn)《見(jiàn)下圖》


壓縮空氣經(jīng)主管到普通過(guò)濾后，經(jīng)過(guò)普通精密過(guò)濾器，由流量計(jì)和壓力變送器檢測(cè)壓縮空氣的流量和供氣壓力，經(jīng)吸附式干燥機(jī)進(jìn)行深度除水，再經(jīng)除油水過(guò)濾后進(jìn)入，使氣源露點(diǎn)達(dá)到要求的5--10℃，再經(jīng)除塵過(guò)濾器使粉塵顆粒度小于1μm，成為合格的原料氣源（達(dá)到食品級(jí)衛(wèi)生許可要求）。
     
合格的原料氣源經(jīng)減壓閥進(jìn)入臭氧發(fā)生器，在臭氧發(fā)生器的中頻高壓電場(chǎng)內(nèi)，空氣中的部分氧氣變成臭氧，產(chǎn)品氣體為臭氧化氣體，經(jīng)流量、壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)和渦街流量計(jì)、壓力變送器及溫度變送器檢測(cè)流量、壓力、溫度，以及臭氧監(jiān)控儀檢測(cè)臭氧濃度后，臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧經(jīng)渦街流量計(jì)和總管壓力變送器檢測(cè)總流量及壓力后進(jìn)入接觸氧化踏。臭氧發(fā)生器在高頻高壓電場(chǎng)內(nèi)，部分氧氣（O2）電離成臭氧（O3），產(chǎn)品氣體為臭氧化氣體，經(jīng)流量、壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)和流量計(jì)、壓力變送器及溫度變送器檢測(cè)流量、壓力、溫度，臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧經(jīng)流量計(jì)和總管壓力變送器檢測(cè)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(nèi),純凈水、天然水（山泉水、礦泉水、地下水等經(jīng)過(guò)過(guò)濾等工序制成），已普遍采用臭氧消毒。在自來(lái)水臭氧凈化應(yīng)用時(shí),國(guó)際常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)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(fā)生系統(tǒng)在水中可達(dá)到無(wú)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(fā)生器應(yīng)提供足夠濃度與產(chǎn)量的臭氧，混合裝置以高效率使臭氧溶解在水中，即達(dá)到一定的臭氧溶解度。因此，一臺(tái)好的臭氧發(fā)生器必須要有優(yōu)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(jiàn)的混合裝置比較：
傳統(tǒng)的曝氣法
歷史悠久的傳統(tǒng)混合方法。（布?xì)獍宸ā⒐呐菟ㄍ恚?br />運(yùn)行方式---氣水順流、逆流或多級(jí)串聯(lián)交迭逆順流，連續(xù)運(yùn)行或間斷批量運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)：能耗較低。缺點(diǎn)：噴頭堵塞時(shí)布?xì)獠痪鶆颍旌喜睿枰笮涂諌簷C(jī)和昂貴的氧化反應(yīng)塔。
著名的文丘里射流混合法
安全、高效的混合方法。
運(yùn)行方式---氣水強(qiáng)制混合。優(yōu)點(diǎn)：投資少，混合好，接觸時(shí)間短，經(jīng)射流混合器后臭氧在水中的臭氧濃度可為曝氣法的數(shù)倍。本公司生產(chǎn)的氣水射流混合器采用堅(jiān)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(qiáng)力混合腔
運(yùn)行方式---充分利用水的紊流產(chǎn)生較大的負(fù)壓，將臭氧吸入，在混合腔內(nèi)產(chǎn)生渦流、旋轉(zhuǎn)并相互碰撞。經(jīng)實(shí)際使用證明，一級(jí)臭氧吸收率達(dá)90%以上，在相同臭氧發(fā)生系統(tǒng)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(fā)生系統(tǒng)處理2T水，水中的臭氧溶解度可達(dá)0.8--1.0mg/L以上。
氣液強(qiáng)力混合腔外體采用304不銹鋼制作，內(nèi)腔采用316不銹鋼和部分耐臭氧ABS材料制作，SSLW系列內(nèi)腔采用不銹鋼和耐臭氧PVDF材料制作，產(chǎn)品堅(jiān)固耐用，無(wú)機(jī)械故障免維修，運(yùn)行安裝方便，為目前投資最少，混合效果最好的設(shè)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(fù)壓作用吸入氣體，高速旋轉(zhuǎn)的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，由于泵內(nèi)的加壓混合，氣體與液體充分溶解，溶解效率高。一臺(tái)氣液混合泵即可進(jìn)行氣液吸引、混合、溶解并直接將高度溶解液送至使用點(diǎn)。但 需要?dú)庖夯旌瞎蕖⒊鏊畨毫?jié)等才能達(dá)到最佳效果，我公司的高濃度臭氧水機(jī)采用氣液混合泵。