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(jìn)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(dá)到對水的消毒，并提供對裝瓶設(shè)備、瓶和密封瓶裝水的瓶蓋進(jìn)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(xué)氧化水中存在的任何不需要的有機(jī)或無機(jī)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(yīng)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(yīng)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(jìn)副產(chǎn)品的形成。因此，對于高質(zhì)量的瓶裝水，應(yīng)仔細(xì)控制和監(jiān)測臭氧的添加。

其次，臭氧混合罐是一個反應(yīng)器。它提供了足夠的反應(yīng)時間(滯留或接觸時間)，以便在水中進(jìn)行所需的消毒和氧化過程。瓶水裝過程中臭氧反應(yīng)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(yīng)根據(jù)水流量、水質(zhì)和反應(yīng)時間要求來設(shè)計(jì)。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(yàn)工廠或?qū)嶒?yàn)室測試來確定。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(shè)計(jì)、操作程序等。為了達(dá)到很好效果，還應(yīng)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(shí)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(jìn)一步討論其他一些過程控制。參見圖1。

臭氧的反應(yīng)

臭氧一旦溶解在水中，就會同時發(fā)生三個反應(yīng)。

1. 消毒:消毒過程處理水的細(xì)菌、病毒和寄生蟲，如賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲。雖然文獻(xiàn)中有更多的細(xì)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(rèn)為是對上述所有微生物有效的化學(xué)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(xì)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?yàn)槌粞醯南拘Ч獜?qiáng)得多。

2. 化學(xué)氧化:臭氧是一種強(qiáng)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(jī)物質(zhì)和可氧化的無機(jī)物，如鐵、錳和硫化物離子。同樣，這些反應(yīng)已經(jīng)被非常詳細(xì)地研究過，并在文獻(xiàn)中有報道。所需的臭氧濃度和反應(yīng)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(yīng)在研究中通過實(shí)驗(yàn)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(fèi)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(jī)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(yīng)應(yīng)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(xì)菌和病毒。FDA沒有要求對較大的寄生蟲進(jìn)行消毒，比如隱孢子蟲，因?yàn)?5%的瓶裝水使用地下水作為水源，預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)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(jì)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(jìn)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(jī)和無機(jī)化合物的濃度和類型以及水溫。

溴酸鹽的形成由一系列復(fù)雜的多重反應(yīng)組成。對此已經(jīng)進(jìn)行了非常詳細(xì)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(jìn)一步氧化。氧化產(chǎn)物是溴酸鹽。個別反應(yīng)及其速率見表六。

圖6

結(jié)論

臭氧處理對瓶裝水至關(guān)重要，因?yàn)樗谄垦b水的生產(chǎn)中起著多重有益的作用，如果處理得當(dāng)，可以確保產(chǎn)品質(zhì)量好，儲存穩(wěn)定。臭氧是有效的化學(xué)消毒劑。它對所有東西都進(jìn)行消毒:水、瓶子、裝瓶設(shè)備、瓶子的密封蓋以及水上方空氣空間中的任何空氣傳播的微生物。

此外，它改善了味道，消除了氣味，并氧化了可能存在于水源中的不需要的有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)。然后，一旦臭氧完成了它的工作，它就會分解成無害的氧氣。如果你想找到一種理想的瓶裝水消毒劑，臭氧是優(yōu)選。