臭氧处理瓶装水工艺与效果

臭氧处理瓶装水工艺与效果

臭氧(O3)是由氧气在放电场(电晕放电)式臭氧发生器中产生的气态物质。产生的臭氧气流在臭氧混合罐的装置中与待处理的水接触。在臭氧混合罐中，臭氧被溶解在水中进行处理，未溶解的臭氧残留在废气流中，通过臭氧分解器排放，在那里它被重新转化为氧气，然后释放到大气中。

臭氧瓶装水处理

在装瓶之前，在臭氧混合罐中将臭氧添加到水中。臭氧接触系统有两个主要功能(2)。

首先，它用于臭氧发生器输出气体的溶解或传质到待处理水中。必须有足够的臭氧溶解在水中，以达到对水的消毒，并提供对装瓶设备、瓶和密封瓶装水的瓶盖进行消毒所必需的水中残留的溶解臭氧。此外，必须提供溶解臭氧，用于化学氧化水中存在的任何不需要的有机或无机污染物，例如，有气味的物质、铁、锰等。从臭氧混合罐排出的废气通过臭氧分解装置被破坏，因此排放到大气中的废气中臭氧浓度小于百万分之0.1 (ppm v) -或每升(mg/l) 2 × 10 -4毫克。为了使水得到很好处理并使溴酸盐形成很少，应使用臭氧监测仪和过程控制仪表自动控制臭氧的添加。这样的处理系统应确保有足够的溶解臭氧浓度用于处理，但防止过量的臭氧促进副产品的形成。因此，对于高质量的瓶装水，应仔细控制和监测臭氧的添加。

其次，臭氧混合罐是一个反应器。它提供了足够的反应时间(滞留或接触时间)，以便在水中进行所需的消毒和氧化过程。瓶水装过程中臭氧反应的重要参数:消毒、氧化和分解。因此，臭氧混合罐的尺寸或容积应根据水流量、水质和反应时间要求来设计。对于某些水源和一些瓶装水工厂来说，这些要求可能需要通过试验工厂或实验室测试来确定。影响臭氧需求和整体臭氧处理的其他因素包括:温度、pH值、填料设计、操作程序等。为了达到很好效果，还应评估和考虑它们的影响。过程控制是瓶装水臭氧处理系统的重要组成部分。这些控制中重要的是自动臭氧剂量控制。如上所述，该控制回路的目的是确保向水中添加足够但不过量的臭氧，以获得所需的水中溶解臭氧浓度，从而实现消毒、味道和气味控制，还要在装瓶操作条件下不会产生不良副产品。下面还将进一步讨论其他一些过程控制。参见图1。

臭氧的反应

臭氧一旦溶解在水中，就会同时发生三个反应。

1. 消毒:消毒过程处理水的细菌、病毒和寄生虫，如贾第鞭毛虫和隐孢子虫。虽然文献中有更多的细节(1,3)，但这里足以说明臭氧是一种高效、通用、广谱的消毒剂。它被认为是对上述所有微生物有效的化学消毒剂。见表三。消毒的程度可以用Ct值来定义。Ct值为溶解臭氧浓度(mg/l)与消毒时间(min)的乘积。臭氧的消毒效果见表三、四、五。

4种消毒剂对4种微生物的相对消毒效果，即比致死系数值见表3。表三的数据表明，臭氧对细菌、病毒、孢子和囊肿的杀灭效果是次氯酸、次氯酸盐或氯胺等各种氯类消毒剂的5-25倍。

美国环保署建议的贾第鞭毛虫消毒的Ct值显示在表四中。这些数据表明了推荐的Ct值。六种温度条件下不同失活程度的值。

表5总结了六种不同微生物99%灭活的值。表5中的数据提供了选定的四种不同消毒剂(包括臭氧)组的推荐Ct值。一般情况下，臭氧消毒要求的Ct值明显较低。价值高于其他三种消毒剂。它们是:氯，氯胺或二氧化氯。这是因为臭氧的消毒效果要强得多。

2. 化学氧化:臭氧是一种强氧化剂。它在水处理中非常有效，基本上可以去除部分吧味道和气味的有机物质和可氧化的无机物，如铁、锰和硫化物离子。同样，这些反应已经被非常详细地研究过，并在文献中有报道。所需的臭氧浓度和反应时间取决于水中存在的可氧化污染物的类型和浓度以及水质。它们应在研究中通过实验确定。

3. 分解:臭氧在室温和近室温条件下是一种不稳定的化合物，迅速分解为氧气。臭氧的分解速率主要受水温和pH值的影响。在20℃和pH值7.0时，臭氧在饮用水中的半衰期通常为24分钟。参见图4。

在大多数情况下，在瓶装水送到消费者手中之前，有足够的时间让臭氧分解。一般来说，5-10小时就足够了。更具体地说，分解速率取决于pH值、温度以及水中无机盐的种类和浓度。消毒副产物

在瓶装水生产的装瓶步骤之前，水消毒过程应应用于所有水处理和水源水调理的下游。消毒过程仅限于较小的微生物，如细菌和病毒。FDA没有要求对较大的寄生虫进行消毒，比如隐孢子虫，因为75%的瓶装水使用地下水作为水源，预计不会含有隐孢子虫，另外25%的瓶装水使用已经处理过的公共供水。瓶装水的臭氧消毒预计将处理溶解臭氧浓度在0.1 - 0.4毫克/升范围内的较小微生物。六种微生物所需的Ct值见表IV和表v。在估计20分钟的总接触时间内，溶解臭氧浓度为0.1 mg/l和0.4 mg/l将提供2.0和8.0的Ct值。

溴酸盐控制

对含有一定浓度溴化物的源水进行臭氧消毒将取决于溴化物浓度的大小和该水的水质，如pH值、碱度、水中存在的有机和无机化合物的浓度和类型以及水温。

溴酸盐的形成由一系列复杂的多重反应组成。对此已经进行了非常详细的研究(7)，总结如下图5和表6所示。如图5所示，溴化物首先被臭氧氧化为氢溴酸。氢溴酸解离成氢溴酸离子的程度取决于水的pH值。然后水溴酸盐可以被臭氧或羟基自由基进一步氧化。氧化产物是溴酸盐。个别反应及其速率见表六。

图6

结论

臭氧处理对瓶装水至关重要，因为它在瓶装水的生产中起着多重有益的作用，如果处理得当，可以确保产品质量好，储存稳定。臭氧是有效的化学消毒剂。它对所有东西都进行消毒:水、瓶子、装瓶设备、瓶子的密封盖以及水上方空气空间中的任何空气传播的微生物。

此外，它改善了味道，消除了气味，并氧化了可能存在于水源中的不需要的有机和无机物质。然后，一旦臭氧完成了它的工作，它就会分解成无害的氧气。如果你想找到一种理想的瓶装水消毒剂，臭氧是优选。