臭氧知識

臭氧處理瓶裝水工藝與效果

來源：zhaxianyi.com 作者：同林科技時間：2024-08-16 17:35

臭氧處理瓶裝水工藝與效果

臭氧(O3)是由氧氣在放電場(電暈放電)式臭氧發(fā)生器中產(chǎn)生的氣態(tài)物質(zhì)。產(chǎn)生的臭氧氣流在臭氧混合罐的裝置中與待處理的水接觸。在臭氧混合罐中，臭氧被溶解在水中進行處理，未溶解的臭氧殘留在廢氣流中，通過臭氧分解器排放，在那里它被重新轉(zhuǎn)化為氧氣，然后釋放到大氣中。

臭氧瓶裝水處理

在裝瓶之前，在臭氧混合罐中將臭氧添加到水中。臭氧接觸系統(tǒng)有兩個主要功能(2)。

首先，它用于臭氧發(fā)生器輸出氣體的溶解或傳質(zhì)到待處理水中。必須有足夠的臭氧溶解在水中，以達到對水的消毒，并提供對裝瓶設備、瓶和密封瓶裝水的瓶蓋進行消毒所必需的水中殘留的溶解臭氧。此外，必須提供溶解臭氧，用于化學氧化水中存在的任何不需要的有機或無機污染物，例如，有氣味的物質(zhì)、鐵、錳等。從臭氧混合罐排出的廢氣通過臭氧分解裝置被破壞，因此排放到大氣中的廢氣中臭氧濃度小于百萬分之0.1 (ppm v) -或每升(mg/l) 2 × 10 -4毫克。為了使水得到很好處理并使溴酸鹽形成很少，應使用臭氧監(jiān)測儀和過程控制儀表自動控制臭氧的添加。這樣的處理系統(tǒng)應確保有足夠的溶解臭氧濃度用于處理，但防止過量的臭氧促進副產(chǎn)品的形成。因此，對于高質(zhì)量的瓶裝水，應仔細控制和監(jiān)測臭氧的添加。

其次，臭氧混合罐是一個反應器。它提供了足夠的反應時間(滯留或接觸時間)，以便在水中進行所需的消毒和氧化過程。瓶水裝過程中臭氧反應的重要參數(shù):消毒、氧化和分解。因此，臭氧混合罐的尺寸或容積應根據(jù)水流量、水質(zhì)和反應時間要求來設計。對于某些水源和一些瓶裝水工廠來說，這些要求可能需要通過試驗工廠或?qū)嶒炇覝y試來確定。影響臭氧需求和整體臭氧處理的其他因素包括:溫度、pH值、填料設計、操作程序等。為了達到很好效果，還應評估和考慮它們的影響。過程控制是瓶裝水臭氧處理系統(tǒng)的重要組成部分。這些控制中重要的是自動臭氧劑量控制。如上所述，該控制回路的目的是確保向水中添加足夠但不過量的臭氧，以獲得所需的水中溶解臭氧濃度，從而實現(xiàn)消毒、味道和氣味控制，還要在裝瓶操作條件下不會產(chǎn)生不良副產(chǎn)品。下面還將進一步討論其他一些過程控制。參見圖1。

臭氧的反應

臭氧一旦溶解在水中，就會同時發(fā)生三個反應。

1. 消毒:消毒過程處理水的細菌、病毒和寄生蟲，如賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲。雖然文獻中有更多的細節(jié)(1,3)，但這里足以說明臭氧是一種高效、通用、廣譜的消毒劑。它被認為是對上述所有微生物有效的化學消毒劑。見表三。消毒的程度可以用Ct值來定義。Ct值為溶解臭氧濃度(mg/l)與消毒時間(min)的乘積。臭氧的消毒效果見表三、四、五。

4種消毒劑對4種微生物的相對消毒效果，即比致死系數(shù)值見表3。表三的數(shù)據(jù)表明，臭氧對細菌、病毒、孢子和囊腫的殺滅效果是次氯酸、次氯酸鹽或氯胺等各種氯類消毒劑的5-25倍。

美國環(huán)保署建議的賈第鞭毛蟲消毒的Ct值顯示在表四中。這些數(shù)據(jù)表明了推薦的Ct值。六種溫度條件下不同失活程度的值。

表5總結(jié)了六種不同微生物99%滅活的值。表5中的數(shù)據(jù)提供了選定的四種不同消毒劑(包括臭氧)組的推薦Ct值。一般情況下，臭氧消毒要求的Ct值明顯較低。價值高于其他三種消毒劑。它們是:氯，氯胺或二氧化氯。這是因為臭氧的消毒效果要強得多。

2. 化學氧化:臭氧是一種強氧化劑。它在水處理中非常有效，基本上可以去除部分吧味道和氣味的有機物質(zhì)和可氧化的無機物，如鐵、錳和硫化物離子。同樣，這些反應已經(jīng)被非常詳細地研究過，并在文獻中有報道。所需的臭氧濃度和反應時間取決于水中存在的可氧化污染物的類型和濃度以及水質(zhì)。它們應在研究中通過實驗確定。

3. 分解:臭氧在室溫和近室溫條件下是一種不穩(wěn)定的化合物，迅速分解為氧氣。臭氧的分解速率主要受水溫和pH值的影響。在20℃和pH值7.0時，臭氧在飲用水中的半衰期通常為24分鐘。參見圖4。

在大多數(shù)情況下，在瓶裝水送到消費者手中之前，有足夠的時間讓臭氧分解。一般來說，5-10小時就足夠了。更具體地說，分解速率取決于pH值、溫度以及水中無機鹽的種類和濃度。消毒副產(chǎn)物

在瓶裝水生產(chǎn)的裝瓶步驟之前，水消毒過程應應用于所有水處理和水源水調(diào)理的下游。消毒過程僅限于較小的微生物，如細菌和病毒。FDA沒有要求對較大的寄生蟲進行消毒，比如隱孢子蟲，因為75%的瓶裝水使用地下水作為水源，預計不會含有隱孢子蟲，另外25%的瓶裝水使用已經(jīng)處理過的公共供水。瓶裝水的臭氧消毒預計將處理溶解臭氧濃度在0.1 - 0.4毫克/升范圍內(nèi)的較小微生物。六種微生物所需的Ct值見表IV和表v。在估計20分鐘的總接觸時間內(nèi)，溶解臭氧濃度為0.1 mg/l和0.4 mg/l將提供2.0和8.0的Ct值。

溴酸鹽控制

對含有一定濃度溴化物的源水進行臭氧消毒將取決于溴化物濃度的大小和該水的水質(zhì)，如pH值、堿度、水中存在的有機和無機化合物的濃度和類型以及水溫。

溴酸鹽的形成由一系列復雜的多重反應組成。對此已經(jīng)進行了非常詳細的研究(7)，總結(jié)如下圖5和表6所示。如圖5所示，溴化物首先被臭氧氧化為氫溴酸。氫溴酸解離成氫溴酸離子的程度取決于水的pH值。然后水溴酸鹽可以被臭氧或羥基自由基進一步氧化。氧化產(chǎn)物是溴酸鹽。個別反應及其速率見表六。