食品行业水处理过程中的紫外线和臭氧消毒灭菌技术

         随着工业的发展，在水处理行业之前一直用化学方法杀菌消毒，现在，还有臭氧处理法、紫外线照射法、膜（UF/MF）处理法等新的处理方法。这些方法各有优缺点，必须仔细研究各种方法的性质、适用范围和注意事项之后，再根据具体条件灵活运用。 本文主要介绍在食品工业用水处理过程中臭氧和紫外线的处理方法。
一. 食品工业用水处理过程中的臭氧
 
        食品行业用水所使用的水质必须符合饮用水标准。有的必须在水质极限浓度标准备范围之内，甚至，根据用途的要求需达到无菌纯水，由于食品工业最终成品的种类和工厂的规模不同，情况也是各种各样的。
        臭氧是强氧化剂。臭氧处理法是利用臭氧分解时，生成的新生态氧的氧化作用和分解能力。下表说明在水处理过程中，臭氧的功能和利用目的。 

二. 臭氧灭菌法 
      1. 臭氧的灭菌机制和灭菌特性
      臭氧分解生成氧和新生态氧。此种新生态氧作用于细菌和病毒等的细胞壁和细胞膜，反应在脂质（类脂化合物）的双键。在进行这一作用时，细胞膜被破坏，而且酵素被破坏，从而达到灭菌的效果。
      对于芽孢杆（Bacillus）菌细菌孢子，用浓度0.3～0.5mg/L的臭氧灭菌剂即可达到灭菌效果。乳酸菌对臭氧的抵抗力很弱。据报告，初始菌数2.3～5.6×109/mL，经臭氧处理30秒种，细菌大多数死去。
      臭氧的杀菌效果，因微生物种类的不同而有很大差异，这是由于的细胞壁或细胞膜的差异迁成的。 
      用臭氧处理芽杆菌属的细菌孢子和酵母，需要较长时间，但是，若增加臭氧浓度可使反应时间适当的缩短。在实际使用过程中，可根据菌种确定臭氧的浓度和选定接触反应时间。
      按饮用水标准进行的臭氧灭菌法，接触反应时间性为5～8分种，臭氧发生器出口处的臭氧浓度为0.4mg/L以上（注入率为2～3mg/L），大多数实例以上述条件为运行管理目标。如果在同样的系统内，将臭氧的注入率增加至5mg/L，根据实验结果，经过此种处理的水，一般来说，细菌是不能存活的。
      2. 水的臭氧灭菌方法，不仅是一个灭菌装置，而应视为一个灭菌系统
      为了建立这样一个系统，须注意如下事项。
       A) 选用具有稳定的臭氧生产能力的臭氧发生机。近年来，臭氧发生器的开发研制和技术水平显著提高。市场上出售的臭氧发生器，各种类型都有，如无声放电式玻璃管式，同极板式，陶瓷表面放电式等。从15g/h的小型机到40kg/h的大型机，均可于供臭氧原料的PSA制氧机配套，形成系列化产品。
       B) 臭氧原料的精制：除了借助荧光灯制造臭氧或冷藏库使用的小型臭氧机外，对于工业规模臭氧发生器，作为臭氧原料的空气精制处理，除尘、除湿是非常重要的。一般来说：用无声放电臭氧发生器产生臭氧的浓度，以空气为原料时为1～3%，以氧为原料时，为2～6%，如果这个精制处理过程不充分，那么，不仅臭氧的生产效率低，而且原料中的不纯物原封不动地，一部分以氮氧化物形式进入臭氧处理水系统。
       用于食品制造的生产用水的臭氧杀菌方法，一般采用纯氧或PSA制氧机来供给臭氧原料。
       C) 水和臭氧的接触反应时间：臭氧注入量和接触反应时间，要根据作为杀菌对象的微生物的种类及目标灭菌率而定。这涉及建造费用的因素。
       D) 臭氧浓度的管理：为了使臭氧灭菌过程可靠的进行，监测臭氧注入浓度和臭氧溶解度是很重要的，要将他们控制在一个合适的范围内。现在，除了高精度的连续式臭氧浓度测定器，价格低廉的手提式测定器也已研制出来，所以定期进行臭氧浓度测试，并采取补救措施也是必要的。在水的灭菌过程中，不可避免地要将臭氧排到系统之外，所以必须进行除害处理，使排出的臭氧量在允许浓度之下。 

三. 紫外线照射杀菌法 
      1. 紫外线杀菌机理和处理特性
      波长200～290mm的紫外线，可透过细菌或病毒的细胞膜对控制着遗传现象和生物机能核酸（DNA）造成损伤，使它失去繁殖能力，从而达到杀菌的目地。
      核酸（DNA）对于波长250～260mm的紫外线，有特别容易吸收的倾向。这就是为什么这种波长的紫外线杀菌能力最强的缘故。按照要杀灭的微生物所需的紫外线照射量进行杀菌处理，而又不使水质发生任何变化，在极短时间内进行瞬间灭菌，效果良好。而且，这种处理是在直管流通型的装置内完成。
      在紫外线杀菌方面，杀菌能力的大小以相对于处理水时的紫外线照射量mw·s/cm2（紫外线照射强度[mw/cm2×时间]）来表示。紫外线照射击量的大小与杀菌率的大小有相关关系。
      各种微生物对紫外线的敏感程度，因菌种的不同而有差异。根据以芽孢杆菌属（Bacillus）为对象（含B.subtlis）进行的工厂试验结果表明，在照射量D10=12.5mw·s/cm2时，杀菌率达到99.5%。为此，实际装置的设计照射量相当于D10×4，即50mw·s/cm2以上。   
      2. 紫外线消毒器的适用场合及注意事项
      A) 紫外线杀菌装置的选定：在选择臭氧发生机时，要以臭氧发生量为标准，而紫外线杀菌装置则以和处理水量有关的紫外线照射量为选择的标准。杀菌灯的照度，随着使用时间的延长而衰减，因此所需紫外线照射量的选定，要以灯的寿命终点为标准。
      B) 需要处理水的性状：使用紫外线杀菌法，根据所处理水中的菌种所埯要的紫外线照射量进行照射，可初步发挥效果。因而，所处理水的紫外线透过率是个问题。特别是含有混合物的水或糖液，必须先考虑由于所处理水（液）的紫外线衰减的因素，之后，再选定所需的紫外线照射量。
      C) 紫外线灯的温度特性：一般使用的有低压水银灯，在周围温度40～50 ℃ 的条件上，照射率达到峰值，若在水温较低的情况下，则杀菌效率降低，这一点必须考虑到。