臭氧聯合中壓紫外線殺菌在包裝飲用水中的應用

摘 要：通過臭氧聯合中壓紫外線殺菌的方法，探索有效的殺菌條件，為包裝飲用水行業提供技術參考，提高產品質量，保障人們的飲水健康。本文闡述了目前在飲用水生產過程中廣泛使用的消毒殺菌方法，臭氧殺菌和紫外線殺菌，分析兩種殺菌方式的優缺點，設計一種臭氧聯合中壓紫外線殺菌的裝置，通過試驗驗證其是否能夠有效控制微生物，降低溴酸鹽的含量。結果發現，中壓紫外線有明顯的殺菌效果，將中壓紫外線和臭氧聯合殺菌與單一臭氧殺菌進行比較，聯合殺菌技術使用臭氧濃度為0.05 mg·mL-1時殺菌效果優于單一臭氧殺菌效果，且溴酸鹽含量符合國家標準要求。聯合殺菌能在保證消毒副產物溴酸鹽不超標的情況下做到完全滅菌，更好地平衡微生物控制與消毒副產物之間的關系。

關鍵詞：包裝飲用水；臭氧；中壓紫外線；殺菌

Abstract： Through the method of ozone combined with medium-pressure ultraviolet sterilization， the conditions for effective sterilization are explored， which provides technical reference for the packaged drinking water industry， improves product quality， and protects the health of drinking water for the masses. In this paper， the disinfection and sterilization methods widely used in the production process of drinking water， ozone sterilization and ultraviolet sterilization， analyzed the advantages and disadvantages of the two sterilization methods， and designed a device for ozone combined with medium-pressure ultraviolet sterilization， and verified whether it can effectively control microorganisms and reduce the content of bromate through experiments. The result showed that medium-pressure ultraviolet light has obvious sterilization effect， the combined sterilization of medium-pressure ultraviolet and ozone is compared with single ozone sterilization， the combined sterilization technology uses ozone concentration of"0.05 mg·L-1 when the sterilization effect is better than that of a single ozone sterilization effect， and the bromate content meets the requirements of the national standard. Combined sterilization can achieve complete sterilization under the condition of ensuring that the bromate of disinfection by-products does not exceed the standard， and better balance the relationship between microbial control and disinfection by-products.

《食品安全國家標準 包裝飲用水》（GB 19298—2014）[1]和《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》（GB 8537—2018）[2]中規定溴酸鹽含量≤0.01 mg·L-1，銅綠假單胞菌不得檢出。多數生產企業為保證抑菌的有效性和防止消毒副產物溴酸鹽超標，在生產過程中將臭氧加入量普遍控制在0.05～0.20 mg·L-1，但不可避免會出現溴酸鹽超標的現象。溴酸鹽的生成原理相對復雜，影響因素較多，其中溴化物濃度和臭氧濃度是主要的影響因素。溴化物的濃度會隨著水源水的流動不斷發生變化[3]，不易持續監控；若降低臭氧濃度，不能確保全部微生物被殺滅，產品的質量安全會存在一定風險。

中壓紫外線殺菌具有高效廣譜殺菌性，無二次污染，安裝操作簡便，但其殺菌不夠徹底，可能會出現細菌復活現象，需要用≤0.45 μm的濾膜過濾。濾膜需要定期更換清洗，以防細菌的二次滋生；若水處理前段過濾不徹底，水體濁度較高，紫外線殺菌效果則難以保證。研究表明，大劑量或往復多道照射滅菌易將硝酸鹽轉變成亞硝酸鹽，增加亞硝酸鹽超標風險[4]。這表明現階段常規單一的殺菌方式已不能與企業生產工藝需求相適應。

紫外線聯合臭氧殺菌的方式不僅能減少臭氧使用量、降低溴酸鹽生成量，還能再通過紫外線殺菌控制微生物的數量，改進工藝的完善性。本文聯合當地水處理設備制造企業，設計制造出一種中壓紫外線聯合臭氧殺菌裝置，旨在找到最佳的工藝條件，為生產企業提供參考，進而提高產品的合格率。本文主要研究紫外線殺菌裝置的殺菌效果，不同臭氧濃度對殺菌效果及溴酸鹽含量的影響，并驗證紫外線聯合臭氧殺菌裝置的殺菌效果及溴酸鹽生成量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

溴化物標準品和NO2-標準品，濃度1 000 μg·mL-1，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；菌落總數-營養瓊脂和銅綠假單胞菌-CN瓊脂，北京陸橋。

ICS-6000離子色譜儀，Thermo Fisher；Lambda 365紫外分光光度計，PE公司；LRH-250生化培養箱，上海一恒科學儀器有限公司；ME204E電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；2TPH紫外線裝置，fluidSmile；SOZ-YOB-30G臭氧發生器，廣州大環臭氧科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗水樣和管路連接

水源水為某廠區生產線上的天然水源水，中壓紫外線和臭氧聯合殺菌裝置兩部分可獨立使用，在廠區原有的管路上，此裝置取代了殺菌裝置，前段的介質過濾（砂濾、炭濾、膜過濾）和消殺后的灌裝等未發生任何變化。

1.2.2 中壓紫外線裝置的殺菌效果

開啟廠區的天然水生產管路，中壓紫外線和臭氧聯合殺菌裝置只開啟中壓紫外線消殺部分。在企業采集水源水、水源水經過介質過濾后紫外線殺菌前和紫外線殺菌后的水樣，采集過程均為無菌操作，避免人為污染。檢測3種水樣的菌落總數，通過比較消殺前后水中菌落總數的結果，判斷此中壓紫外線裝置的殺菌效果。

1.2.3 不同臭氧濃度的殺菌效果

開啟廠區的天然水生產管路，中壓紫外線和臭氧聯合殺菌裝置只開啟臭氧消殺部分。根據前期調研結果可知溴酸鹽的生成量與水源水中溴化物的濃度呈正相關，但水源水如果沒有發生較大變化，溴化物的濃度趨于穩定，經測定該廠的水源水中溴化物濃度為0.1 mg·L-1，在測試時只改變另一個引起溴酸鹽超標的主要因素—臭氧濃度，將臭氧濃度設置為0.05、0.10、0.15 mg·L-1和0.20 mg·L-1。水源水經前段介質過濾后，使用臭氧殺菌，通過比較不同臭氧濃度消殺后的水中溴酸鹽含量、菌落總數和銅綠假單胞菌檢出情況，找到既可以殺滅細菌，溴酸鹽也不超標的平衡點。

1.2.4 中壓紫外線和臭氧聯合的殺菌效果

開啟廠區的天然水生產管路，水源水經前段介質過濾后，使用中壓紫外線和臭氧聯合殺菌，臭氧濃度設置為0.05～0.20 mg·L-1，檢測消殺后水中微生物指標、溴酸鹽、亞硝酸鹽的結果，驗證此裝置是否能有效殺菌、控制消毒副產物的含量且不引入新的污染物。

1.3 指標檢測

菌落總數按照《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》（GB 4789.2—2022）進行測定[5]；亞硝酸鹽和銅綠假單胞菌檢驗按照《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水檢驗方法》（GB 8538—2022）進行測定[6]；溴化物檢驗按照《生活飲用水標準檢驗方法：第5部分 無機非金屬指標》（GB/T 5750.5—2023）[7]進行測定。

2 結果與分析

2.1 紫外線裝置殺菌效果實驗結果分析

按照1.2.2的方法采集水樣，按照1.3的方法進行檢測。水源水中菌落總數為46 CFU·mL-1、紫外線殺菌前水中的菌落總數為86 CFU·mL-1、紫外線殺菌后水中的菌落總數為3 CFU·mL-1。紫外線殺菌前水中的菌落總數高于水源水中菌落總數，說明消殺前端的過濾過程中存在二次污染；殺菌后水中存在個別菌落，但其菌落形態不是銅綠假單胞菌，經分析鑒定可能是少動鞘氨醇單胞菌。經實驗結果可知，此中壓紫外線裝置可以做到真實有效的消殺。

2.2 不同臭氧濃度對殺菌效果及溴酸鹽含量實驗結果分析

按照1.2.3的方法采集，檢測結果見表1。溴酸鹽的含量隨著臭氧濃度的增加隨之增大，臭氧濃度在0.05～0.15 mg·L-1時，溴酸鹽的含量增加較多，這與魯金鳳等[8]的研究結果一致。臭氧殺菌濃度為0.05 mg·L-1時，檢出一個菌落，銅綠假單胞菌未檢出，隨著臭氧濃度的增加，微生物指標得到控制。

2.3 中壓紫外線和臭氧聯合殺菌實驗結果分析

按照1.2.4的方法進行采集，檢測結果見表2。開啟紫外線殺菌裝置，臭氧濃度為0.05 mg·L-1時就可以控制微生物指標，并且沒有出現亞硝酸鹽超標的風險。所以，當水源水中溴化物濃度為0.1 mg·L-1時紫外線功率為40 mJ·cm-3，臭氧濃度為0.05 mg·L-1，即可有效控制微生物指標，溴酸鹽也不超標，微生物指標與消毒副產物達到平衡。

3 結論與討論

中壓紫外線和臭氧聯合殺菌時，若生產管路不被污染，介質過濾有效阻攔大多微生物后，臭氧濃度較低，聯合中壓紫外線殺滅細菌，再進行攔截過濾，既能實現徹底殺菌，又能減少消毒劑的使用。這種方法不僅確保了消毒副產物溴酸鹽不超標，還達到了高效殺菌的目的。將其應用于飲用天然水、礦泉水的生產，替代了單一的臭氧殺菌方式，確保產品的品質。而且目前大多生產企業采用的是臭氧殺菌，若在工藝上加裝紫外線殺菌裝置相對簡單，操作簡便，企業成本負擔不大。

飲用水在生產過程中，生產廠家應從源頭控制水源水，定期監測；對管路進行定期清洗、清潔或更換；對生產車間定期消殺，灌裝間滿足《食品安全國家標準 包裝飲用水生產衛生規范》（GB 19304—2018）[9]要求，不留任何衛生死角。此外，應全過程控制包裝容器，控制消毒劑的使用及含量，實現不過度消毒，降低消毒副產物的產生，達到微生物及消毒副產物持續有效控制與平衡。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會.食品安全國家標準 包裝飲用水：GB 19298—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.

[2]中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會，國家市場監督管理總局.食品安全國家標準 飲用天然礦泉水：GB 8537—2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

[3]吳小勇，李雪雪，李小鵬，等.包裝飲用水臭氧處理過程中溴酸鹽的生成與控制研究[J].中國食品藥品監管，2023（6）：74-79.

[4]葛明明.包裝飲用水微生物及消毒副產物的控制與平衡[J].凈水技術，2024，43（9）：44-53.

[5]中華人民共和國國家衛生健康委員會，國家市場監督管理總局.食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定：GB 4789.2—2022[S].北京：中國標準出版社，2022.

[6]中華人民共和國國家衛生健康委員會，國家市場監督管理總局.食品安全國家標準 飲用天然礦泉水檢驗方法：GB 8538—2022[S].北京：中國標準出版社，2022.

[7]國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會.生活飲用水標準檢驗方法：第5部分 無機非金屬指標：GB/T 5750.5—2023[S].北京：中國標準出版社，2023.

[8]魯金鳳，張勇，王藝，等.溴酸鹽的形成機制與控制方法研究進展[J].水處理技術，2010，36（11）：5-10.

[9]中華人民共和國國家衛生健康委員會，國家市場監督管理總局.食品安全國家標準 包裝飲用水生產衛生規范：GB 19304—2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

基金項目：咸陽市二〇二三年重點研發計劃項目“中壓紫外線和臭氧聯合殺菌技術在包裝飲用水生產中的應用”（L2023-ZDYF-SF-082）。

作者簡介：吳小勇（1977—），男，陜西咸陽人，本科，高級工程師。研究方向：食品藥品安全、質量管理、檢驗檢測、茶葉評審等。