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臭氧中矿泉水\纯净水\饮料厂中的应用
日期：2025-05-02 11:41
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摘要：
臭氧中矿泉水\纯净水\饮料厂中的应用
一、概述
目前，在我国瓶装饮用水市场上，主要有矿泉水和纯净水两种饮用水。在饮料市场上，各种饮料的主要成分均为水，称为饮料用水。在此，就矿泉水和纯净水两种饮用水及饮料用水的****工艺做以概述。
在水质处理过程中，大部分微生物已被去除，但即使是采用微滤、超滤等方法处理水时，水中的**物质也不能全被去除。而一般的水质处理方法更不能除尽微生物。为确保产品在保质期内合格，保证消费者的健康，在制造饮料，特别是制造碳酸饮料、矿泉水、纯净水以及包装后不再进行二次**的果汁饮料时，必须对水进行**处理，并要注意贮罐、管道、阀门等卫生状态，防止对水产生二次污染。
水**的目的是杀灭水中的致病菌，并使水中的**含量符合规定标准。常用的水**方法是氯**、紫外**和臭氧**。
二、 **原理
氯**包括液氯、漂白粉、次氯酸钠、氯胺。其**原理是氯在水中会产生如下反应：
Cl2 + H2O → HCl + HOCl →2H+ + Cl- + OCl-
反应生成的次氯酸具有很强的穿透力，能迅速穿过微生物的细胞膜，进入微生物体内，破坏微生物体内的系统使之失去的活力而致死。另一方面，次氯酸性质很不稳定，即容易放出新生态氧[O]，新生态氧与铵盐、硫化氢、氧化亚铁、亚硝酸盐以及有机物腐败后产生的物质相结合，对水中有机物和一些无机物等起氧化作用，从而抑制了依靠这些物质为营养的大部分微生物的生长，因此一般认为次氯酸具有主要的**作用。而反应中生成的次氯酸根**力较弱，不具有次氯酸穿透微生物细胞膜的能力，因此其**作用远低于次氯酸。
紫外线**的原理是紫外线的光谱波长在490nm-140nm范围内具有**能力。微生物受到紫外线照射后，气体内的核蛋白质会因吸收紫外线光谱能量而变性，引起新陈代谢障碍，从而丧失繁殖能力。当照射剂量增大一定量时，微生物细胞被破坏致死。紫外线对澄清透明的水有一定的穿透力，因此能使水**。
臭氧**的原理是臭氧在水中发生氧化还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基（OH），瞬间分解水中的有机物质、**和微生物。羟基（OH）是强氧化剂、催化剂，可使有机物发生连锁反应，反应十分迅速。羟基（OH）对各种致病微生物有极强的杀灭作用。单原子氧（O）也具有强氧化能力，对顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力。
三、 比较
自来水等饮用水在我国目前普遍使用氯剂**。而使用氯法有严重的二次污染问题存在。1973年起，荷兰、加拿大、美国等国相继发现用氯**后的自来水中会产生卤代有机物（氯仿、氯胺等），经动物实验证明有致癌危险。况且氯**易受温度和PH值影响。余氯还会影响饮用水的口感，特别对于饮料用水，余氯会使碳酸饮料等饮料制品产生氯的臭味，并使饮料中的色素发生氧化，影响产品质量。
采用紫外**时，不同的对像菌致死所需的照射能量差异较大，另一方面原水水质对紫外**效果也有影响，紫外线因在水中的穿透能力有限而难以达到理想效果。而且紫外**不能像余氯那样维持**效果。
臭氧具有比氯更强的氧化**能力，不但可以较彻底地****，而且可以降解水中含有的有害成分和去除重金属离子以及多种有机物等杂质，如铁、锰、硫化物、苯、酚、有机磷、有机氯、氰化物等，还可以使水除臭脱色，从而达到净化水的目的。臭氧适应能力强，受水温、PH值影响较小。臭氧适应范围广，不受菌种限制，**效果比氯**和紫外**效果好。与氯不同的是残余臭氧可以自行分解为氧气，不会产生二次污染。臭氧处理后的水无色无臭，口感好，能改善饮用水品质。
故此，为了提高瓶装饮用水的质量和延长保质期，国际瓶装水协会（IBWA）建议采用臭氧处理。在臭氧处理前，瓶装水一般用反渗透、纳滤、超滤去除天然水中99%的有机物，降低臭氧的用量。
四、工艺流程
矿泉水的生产工艺流程：
纯净水的生产工艺流程：
饮料用水的工艺流程根据不同饮料的要求而定。
五、臭氧**系统的参数选择
1.**系统设计参数的选择
臭氧投加量为1-5mg/L ,接触时间为4-10min，保持0.1-1mg/L剩余臭氧浓度。
2．主要设备的选择
a．臭氧发生器
臭氧发生器的产量应根据设计流量及臭氧投加量来确定。
W =0.001×Q×P
W --- 臭氧发生器的产量（g/h）
Q --- 设计水量（L/h）
P --- 臭氧投加量，一般采用1-5mg/L
0.001 ---单位换算系数
b．接触氧化罐
接触氧化罐的尺寸应根据设计流量及流速来确定。
S = Q/V
S --- 罐体截面积（m2）
V --- 流速，一般采用8-10m/h
D =
（4S/3.14）1/2
D --- 罐体直径（m）
罐体高度的确定：
H = V×t +0.2
H--- 罐体高度（m）
t --- 接触时间，一般采用4-10min
0.2 ---布水空间高度（m）
六、安装运行
臭氧发生器一般采用喷射投加方式，即全部或部分水流与臭氧通过喷射器混合后进入接触反应罐。连接水路和气路。保持臭氧发生器进气口与大气相通。开启水泵。调节进水阀门，调气量开关在*大位置。调节水射器旁的水压调节阀，使臭氧发生器进气口与气瓶连接，调节气瓶减压阀。接好电源线，按电源开关，调功率调节开关至*大。工作20分钟后，用水中臭氧浓度检测仪检查出水口臭氧浓度，应约为0.4mg/L。
七、设计举例
某纯净水厂**工艺设计流量为10m3/h，选择臭氧发生器及接触氧化罐。
解：设臭氧投加量为2mg/L，则
W = 0.001×Q×P =0.001×10×1000×2 = 20g/h
设罐内流速为10m/h
S = Q/V = 10/10 =1m
D = （4×1/3.14）1/2 = 1.13 m
取罐体直径为1.15m。
H = V×t + 0.2 = 10×10/60+ 0.2 = 1.87m
取罐体高度为1.90m。
即罐体尺寸为D×H =φ1150×1900（mm）
矿泉水**保质
饮用水**净化是臭氧应用历史*长、应用规模*大的一个领域。目前世界臭氧产业的主要市场仍是饮水处理，在欧美、日本等发达国家臭氧化处理饮用水已占主导地位。原因在于臭氧处理可达到无微生物污染、无残余化学污染的高水平。
矿泉水已是大量消费的瓶装饮料，其保质期取决于微生物的彻底杀灭。常用的超滤加紫外**的方法难以达到质量标准，臭氧**成为优选方法，即可以完全杀灭活微生物，达到双零指标，又可去除水中铁锰可溶性盐类而保存有益的碳氧化合物。
矿泉水臭氧溶解度在0.4~0.5mg/时即可满足**保质要求，合理的设计为臭氧投加量1.5~2.0g/m3。臭氧在水中的溶解度随温度降低、压力提高而提高。在实际生产条件下，保证臭氧气体浓度在10mg/L。臭氧与水接触时间5~10分钟，气水混合接触良好的情况下即可达到要求。目前一些厂家用50克~100克/小时臭氧发生器处理矿泉水（产水量10立方米/小时以下）是不负责任的。首先作为源不质量很好的矿泉水无需那么多臭氧（只有污水由于严重的化学、生物污染才会吸收消耗大量臭氧），多余大量臭氧作为尾气排放反而增加尾气处理装置的容量的负担。其次，容易对矿泉水造成过氧化而产生有益微量元素成分损失。
矿泉水灌装间安装臭氧设备对空气**净化，防止落下菌污染对没有空气过滤净化设备的厂家是非常有益的。采用臭氧化工艺的矿泉水厂经常利用臭氧对贮水罐（池）、管道、过滤器**也是非常有益的，在国外的资料里作为经验推荐。
生产用水**净化
食品生产需要大量洁净水，在生产成本中是一项较大开支。目前食品生产厂家有两种需求：一是水源不合格，如用海水代替淡水加工水产品或自采水存在污染；另一个是加工用水回用或处长使用时间。臭氧处理是完全可以满足这些需求的。
第七节：臭氧发生器在产品生产和设计方面的依据、要求和注意事项
一、臭氧发生器设计、制造和检验依据
1.臭氧发生器设计、制造标准
a.中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T3028.1-1994《臭氧发生器》；
b.国家环境保护总局中国环境保护产品认定技术条件HCRJ058-1999《臭氧发生器》；
c.臭氧发生器生产企业标准。
2.臭氧发生器检验标准
a.中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T3028.2-1994《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》；
b.臭氧发生器生产企业检验标准。
二、臭氧发生器设计条件
标准臭氧发生器按室内安装要求设计，使用方应确保设备在设计条件范围内运行。
a.温度
臭氧发生器设计环境温度范围为 0—40℃。
b.湿度
臭氧发生器设计相对湿度＜90%。
c.冷却水
使用水冷却的臭氧发生器设计冷却水温度≤30℃，一般可使用工厂的循环冷却水作为臭氧发生器的冷却水。
d.大气压
臭氧发生器按标准大气压设计，即大气压为101.3KPa，大气压的变化对设备正常工作基
e.气源条件
臭氧发生器使用的气源要求露点≤ -45℃。
f.电源条件
对于标准型臭氧发生器,一般使用220V/1ph/50Hz电源，或380V/3ph/50Hz电源。
g.如用户有特殊使用条件和要求,可按用户要求设计(防爆等)。
三、臭氧发生器的设计
1、臭氧放电室的设计
臭氧产量和臭氧浓度是臭氧放电室设计的基本依据,通常是放电体(管)单位臭氧产量来确定放电单元臭氧产量:
Gx=SxQ
Gx—放电单元臭氧产量
S—放电单元放电面积
Q—单位放电面积臭氧产量
放电单元数量
N=G/Gx
N—放电单元数量
G—设计臭氧产量
Gx—放电单元臭氧产量
N确定后,可根据需要将放电定设计成立式或卧式,放电室设计时应考虑容积重量,冷却水压力,气体压力等诸多因素.
放电气隙设计是根据使用介质,电源频率和加工能力精度来确定.
注意:放电室设计是依据放电单元臭氧产量.放电单元产量必须经严格条件的实验来确定,否则.设计产量会相差甚远.
2、电源系统的设计
臭氧电源设计是根据臭氧产量和放电单元臭氧产量所耗功率来设计,电源频率、电源电压与使用介质,放电气隙大小有关.可根据有条件的实验数据获得.
臭氧电源系统包括电源控制系统、整流、变频器、升压变压器，它的作用就是向臭氧放电室提供必要条件—高压交变电场，而臭氧产生效率与高压电源成正向增长关系，因此臭氧电源系统在整个臭氧发生系统中具有重要的作用。臭氧电源系统依据高压放电频率可分为工频臭氧电源系统、中频臭氧电源系统、高频臭氧电源系统三类，其中频率为60/50Hz 的电源称为工频电源，频率超过 1000Hz的电源称为高频电源，介于工频与高频之间的称为中频。
1）工频臭氧电源系统
工频臭氧电源系统的工作原理：交流 380V 电压经高压变压器后，变压器输出交流 10000V电压供给臭氧合成系统。其结构图如下所示：
工频臭氧电源系统需要漏感很大的高压变压器、效率低、耗电大、产生臭氧的产量与浓度低；一般采用玻璃管作放电介电体，用于生产中、大型臭氧发生器。
2）中频臭氧电源系统
上图为中频臭氧电源系统的电路结构图，此电源是根据介质和臭氧放电室而设计的与之相匹配的高压电源，其中可控硅属大功率器件，工作压降低，过载特性好，输出功率大，用于中频大功率电源时的性能比较高，能很好地满足臭氧发生器对电源的需要。
A．三相全控整流桥
用于控制调节整流器的输出电压，实现高压输出电压与臭氧产量的平滑调节。该电路能避免臭氧放电室在起辉和工作放电时因负载变动产生高电压，从而保证了臭氧电源和臭氧放电室的可靠性。
B．可控硅全桥逆变
因可控硅是半开关器件，它必须在自身电流过零时才能关断，而可控硅又在电源与负载之间作开关使用，可控硅一旦打开就失去了控制电流大小的作用。因此电流的大小和相位受前级和负载影响，为保证可控硅正常关断，要求在可控硅自身电流过零时其两端电压为零或已变为负值，这在臭氧放电室这一负载下很难实现，而且在起辉、正常工作、瞬时跳火或局部跳火时负载特性变化很大，这极大地影响了可控硅的正常关断。为了保证可控硅的正常关断，有受负载影响较小的关断电路与之相匹配。
C．滤波电路
由电抗器、电容组成的滤波电路，用于提高功率因数，平滑输出电流，稳定逆变器的工作点，抑制逆变杂波，减小对电源网络的干扰。
D．吸收回路
由电容、电阻组成的缓冲电路，可以防止过压，保护可控硅和其他元器件的正常工作。
E．高压变压器
高压变压器用于传递功率和使电子功率电路的输出与放电室匹配，对其参数的要求与普通变压器有所区别。由于放电室在整个工作过程中，负载不仅在数值上变化很大，其特性也随着起辉或正常工作时的状态不同而改变，从而要求变压器有一定的漏感来平衡上述变化，以便保护电子元器件。同时，漏感又容易引起电路损耗和换相时产生瞬时高电压，因此需要
根据电子电路的情况选择其大小。
中频臭氧电源是国际上比较流行的一种臭氧专用电源，具有效率高、耗电小的特点。一般采用非玻璃或玻璃作放电介电体，用于生产中、大型臭氧发生器。
3）高频臭氧电源系统
高频臭氧电源系统的工作原理：工业配电经整流后，通过变频工艺使电源频率在 1000Hz以上，变频后再次通过整流使电源变为交流电源（此过程称为逆变），*后经高压变压器升压供给臭氧合成系统，高频臭氧电源系统的主电路结构图如下所示：
高频臭氧电源系统具有效率高、耗电小、产生臭氧的产量与浓度高等特点，一般采用搪瓷或陶瓷片作放电介电体，用于生产小型臭氧发生器及家用**机。
臭氧发生器在游泳池水处理中应用
臭氧系统的高效过程其优点可归纳如下：
高效控制微生物
大幅度降低氯胺，三卤甲烷
水透明性高，水质优
室内空气新鲜
降低对皮肤，眼睛的刺激
对游泳者及工作人员不产生不利健康的物质
避免使用活性炭罐的麻烦及卫生方面的问题
降低水中游离氯含量
需用厂房面积小，安装、操作容易，维护也较简单
游泳池使用臭氧与二氧化氯的优缺点对比:
臭氧及其二次产物(如羟基)具有*强的**性及灭活病毒的作用，可有效防止传染性**的蔓延，实验证明，同样浓度的臭氧杀灭**和病毒的效果是氯的600-3000倍。在臭氧浓度为1mg/L时，粪型大肠杆菌的灭活只需要5秒，用同样浓度的氯要达到同样的效果需要15000秒。
臭氧是国际公认的环保型绿色**剂，不会对环境造成任何二次污染，而氯制剂会与水中的有机物反应生成多种氯代有机化合物，如三氯甲烷、氯仿等，这些物质均为公认的致癌致突变物。当人游泳时，这些有毒物质会被人体所吸收（在水中人体每小时可吸收500毫升水）。水中的氯代有机化合物还会刺激人的眼睛及皮肤，从而引发红眼及皮疹。
◆ 从水中蒸发出来的氯代有机化合物以及氯气等有毒气体，损害人的呼吸器官，损害人的呼吸器官，而使用臭氧则完全不会产生此种问题。
◆ 加氯所产生的酸性物质严重腐蚀水处理系统及馆内设备和结构如网架、暖气等。
◆ 臭氧是*强的氧化剂，可有效分解水中的腐植质，氧化水中的铁、锰离子，分解水中散射光线的微小有机体，从而大大提高水的清澈度,使水呈现出美丽的蓝色，而氯制剂则无此效果。为使水呈蓝色，使用氯制剂的泳池，往往需加入铜盐，对人极为有害。
◆ 加入氯制剂后，必然会导致水的pH值的改变，使人感到不适，因而需加入碱性或酸性物质予以中和。而臭氧是中性物质，不会产生此种问题。
◆ 臭氧能确保大客流量及高温季节时水质的稳定性，高温及客流量大时，水质往往不佳，此时，如果使用氯制剂，则需大量投加，这将带来一系列副作用，如pH值的变化、对呼吸道及人体的刺激等；而大量投加臭氧则无此副作用。
◆ 使用臭氧发生器，可大大降低水处理工艺的管理及操作难度，同时臭氧发生器具有很高的**性，而氯制剂在运输、储藏、使用时具有一定的危险性。
◆ 臭氧可分解水中的有机物且具有微絮凝作用，因而在正常客流量下，可以不用絮凝剂。
在一定的使用条件下，如逆流式循环、不使用活性炭滤罐，可将臭氧作为水处里
**的药剂，而不必投加氯制剂、絮凝剂、pH调节剂。
