礦泉水系統中的臭氧水處理器應用分析

陳余浩

（江西省地質礦產勘查開發局九一二大隊，江西 鷹潭 335001）

小型礦泉水廠飲用水工水系統經常受經濟因素限制，普遍存在規模小、地域分散等特點。由于防護設施差，水廠水源易受污染，威脅人們的身體健康。沿用傳統消毒方法不適合水廠特點，隨著社會形勢發展，改善生活飲用水質量十分迫切。我國瓶裝飲用水市場主要有礦泉水與純凈水，水質處理中大部分微生物去除，但采用微濾等方法處理也不能完全去除細菌物質。研究報告改水實踐中研制適合礦泉水廠特點的臭氧水處理設備，由于設備研制結合礦泉水系統特點，能夠達到提高飲水衛生質量的目的。

1 臭氧水處理的原理

為提高瓶裝飲用水質量，國際瓶裝水協會建議采用臭氧處理。根據國標《飲料通則》規定，礦物質水是在2008年成為我國飲用水水種，礦物質水具有很大的市場潛力，我國瓶裝飲用水市場主要是礦泉水與純凈水，為提高瓶裝應用水質量，國際瓶裝水協會建議采用抽樣處理。臭氧處理前，瓶裝水用反滲透去除天然水中99%的有機物。

一般水處理方法不能除盡微生物，為保證消費者健康，制造純凈水及包裝不進行二次滅菌果汁飲料，要注意管道等衛生情況。水消毒目的是殺滅水中的致病菌，常用的水消毒方法是紫外線消毒。氯消毒包括漂白粉、次氯酸鈉等。消毒原理是氯在水中發生化學反應，Cl2+H2O→HCl+HOCl→2H++Cl-+OCl。反應生成次氯酸具有穿透力，能使微生物失去活力致死。次氯酸性質不穩定，新生態氧與硫化氫、亞硝酸鹽物質結合，對水中有機物等起氧化作用，不具有次氯酸穿透微生物細胞膜的能力。

紫外線消毒原理是光譜波長在490 ～140nm 范圍內具有殺菌能力，氣體內核蛋白質吸收紫外線光譜能量變性。紫外線對澄清水有穿透力可進行消毒。臭氧消毒原理是在水中發生氧化還原反應，產生羥基，分解水中的有機物質。羥基對各種致病菌微生物有很強的滅殺作用，單原子氧對頑強的微生物有強大的殺傷力。

臭氧在水中時刻發生還原反應，產生單原子氧瞬間分解水中有機物質，羥基是強氧化劑，使有機物發生連鎖反應。單原子氧與羥基對致病微生物有很強的滅殺作用。羥的氧化還原與氟的氧化能力相當。臭氧可對水中的硫化物進行降解，有毒的硫化物通過與臭氧反應產生無毒N2等物質。取天然礦泉水暴露于空氣中，在水樣通入不同濃度臭氧氣體，接觸5min 密閉放置24h 后測定細菌濃度，礦泉水匯總臭氧濃度達到0.5mg/L。我國飲用天然礦泉水主要化學類型是含鍶，礦泉水經臭氧處理后偏硅酸，總堿度濃度未改變，說明臭氧消毒對指標影響不大。礦泉水臭氧溶解在0.4 ～0.5mg/L時滿足殺菌保質要求，臭氧在水中的溶解度隨溫度降低提高，保證臭氧氣體濃度在10mg/L，氣水融合接觸好時即可達到要求。

2 臭氧水處理技術的發展

臭氧用作殺菌劑最早實驗在法國進行，梅里坦斯指出在稀薄的臭氧化空氣能時污染水達到滅菌效果。菲羅里克根據其建設半生產性實驗廠進行臭氧殺菌特性實驗，阿姆斯特丹的巴倫·亨利·延德爾開發臭氧消毒工藝，裝有施內勒爾發明的非介電臭氧發生器，發生器出來的臭氧經加壓后供入鼓泡塔，每隔一定高度裝穿孔板。1893年消毒裝置在荷蘭奧茨胡恩首次投運，后來，在1896年在巴黎舉行衛生展覽會上展出。

1902 ～1903年德國西門斯在帕德博恩建設其具有生產規模的水處理廠，礦泉水經過裝有細小卵石的出濾池預處理，吸收臭氧在碎燧石作填料塔進行，加臭氧大部分留在尾氣中，氫氧化鐵黏著在燧石上易堵塞氣水通道。但出水每毫升細菌數令人滿意。1898年，奧托等在法國實驗新型板式臭氧發生器，在法國尼斯建立臭氧處理水廠運行每分鐘處理13m3水，采用新型奧托板式臭氧發生器。1906年，在尼斯建成邦·沃亞閣水廠保持連續運行的世界紀錄。自1906 ～1970年隨著尼斯市的發展，在其他地點建成臭氧處理自來水廠。水廠建筑物被保留作為博物館。

自1906年投運尼斯幫·沃亞閣水廠后，一些國家出現了采用臭氧消毒生產性水廠。1977年有1036 座應用臭氧處理水廠，美國1900 ～1905年在費城建立首座臭氧處理水廠，最大能處理取斯庫爾基爾河。沃斯麥伊爾采用長45.7cm 的玻璃管裝成接觸塔，柱高為10m,每層穿孔板下氣液層分離，穿孔板阻礙臭氧向水中傳遞，于是，拆掉孔板，臭氧向上流動，溶解度提高。1905年，建立了直徑61cm 的大容量鋼接觸塔，表明處理水中細菌去除率為270800mol/L。臭氧化中有機物減少40%,亞硝酸鹽去除率為79.5%。

目前，我國飲用水普遍使用氯劑消毒，使用氯消毒方法有二次污染問題。1973年，荷蘭等國家發現氯消毒后自來水產生鹵代有機物，氯消毒受溫度影響。影響飲用水口感，使碳酸飲料等制品產生氯的臭味，使飲料中色素發生氧化。采用紫外消毒時不同對象致死所需照射能量差異大，原水水質對殺菌效果有影響，因在水中穿透力有限難以達到理想效果。臭氧消毒具有更強的氧化消毒能力，可以降解水中含有害成分，去除多種有機物等雜質。如硫化物、有機磷等，可使水除臭脫色。臭氧適應能力強，pH 值影響較小，不受菌種限制。可自行分解為氧氣，處理后水無色無臭。

3 礦泉水系統中臭氧水處理器的應用

天久礦泉水水廠規模小，在供水系統約15min 達到管網末端，不宜使用運營費用較高的消毒設備。水廠管水員較難接受操作復雜的設備，水廠消毒設備必須具備作用迅速、自動化程度的優點。臭氧水處理器技術核心是產生高濃度臭氧，以變壓吸附分子篩制氧機旨趣高濃度氧氣，經氣液混合裝置摻混，使罐中水與臭氧混合，羥基自由臭氧水為消毒液，根據水量變化投加到供水管路。

消毒系統中臭氧發生器工作狀態，供水泵啟停時間由程序自動完成。從干燥筒出來的干燥空氣被氧氣發生器從進口吸入空氣，在高頻放電作用下，氧分被電離，與未電離氧原子結合為臭氧，與空氣通過薄層空間，流經電極管，與進入射流噴霧器霧化水結合進行消毒。技術采用臭氧消毒為主、高頻高壓消毒為輔的設計原理。臭氧滅菌中與水混合消毒，由于滅菌消毒水凈化室具有空間，除臭氧對水消毒，被處理水受到高壓放電紫外線消毒，對紫外線阻擋小，適應玻璃管口提高穿透量，水受紫外線作用時間延長。由于在金屬管與容器外殼形成高頻電場，增加消毒效果。依據技術裝置可使臭氧殺菌速度快，穿透力強。

臭氧發生器量在5 ～7g/L，工作壓力0.03MPa，末梢水臭氧濃度0.1mg/L，臭氧與水混合率70%以上。細菌指標符合國家飲用水水質衛生規范。實驗室細菌加標實驗表明，3min 接觸時間可殺滅水中細菌?，F場實驗結果表明，在采集21 件水樣中，W10900 消毒后污染指標升高，經核查發現有管路破損，其他20個水樣細菌數符合生活飲用水水質衛生規范。說明處理器對細菌滅殺作用有效。

以往資料證明，臭氧具有廣譜殺滅病毒能力，如臭氧在濃度1mg/L 作用時間為5min 下對微小隱孢子蟲卵囊滅活率為90%。礦泉水廠使用基本為含氯制劑，按要求作用時間在30min 以上，水廠特點是水在管網停留十幾分鐘，工作中常見到末梢水檢測出微生物超標，證明水廠不適宜氯制劑消毒，加標實驗證實細菌103個/L,接觸時間在30s 開始殺菌，5min 內各種細菌全部殺滅。

臭氧水處理器運行中消耗原料是空氣，運行成本低，適合于農村地區，處理器進行中加入少量二次整流水即可，二氧化氯消毒器運行需使用氯酸鈉，處理每噸水0.008 元，高純型每噸16000 元，臭氧水處理器工作中氣液摻混為程序控制完成，根據水廠管水員特點設計。

4 結語

根據礦泉水廠用水時間集中，間段定時供水特點，消毒系統設儲液罐，直取高濃度臭氧液，由于設置儲液罐用水地縫可將設備產生臭氧存于罐內，備用水高峰時使用，優勢是利用水廠間段供水特點降低投資，采用高壓渦流閥，摻混效率提高，超過臭氧和水的摻混率。系統采用程序控制，儲液罐摻混裝置循環時間根據工作狀態氣田設定，根據水量變化按比例投加。利用臭氧技術殺滅微生物在國內外早有報道，但用于礦泉水系統尚無研究，研究創新點是研制新型摻混技術，利用供水系統間歇性特點設置儲液罐，達到使用小功率設備消毒的目的。