水處理中的紫外線和臭氧滅菌技術(shù)?
食品工業(yè)用水的滅菌,歷來使用以含氯為主的殺菌劑和熱殺菌方法,除此以外,臭氧處理法、紫外線照射法、膜(UF/MF)處理法等新的處理方法。這些方法各有優(yōu)缺點,必須仔細研究各種方法的性質(zhì)、適用范圍和注意事項之后,再根據(jù)具體條件靈活運用。
一 紫外線照射殺菌法
1、紫外線殺菌機理和處理特性
波長200-290mm的紫外線,可透過細菌或病毒的細胞膜對控制著遺傳現(xiàn)象和生物機能核酸(DNA)造成損傷,使它失支繁殖能力,從而達到殺菌的目地。
核酸(DNA)對于波長250-260mm的紫外線,有特別容易吸收的傾向。這就是為什么這種波長的紫外線殺菌能力最強的緣故。按照要殺滅的微生物 所需的紫外線照射量進行來菌處理,而又不使水質(zhì)發(fā)生任何變化,在極短時間內(nèi)進行一閃性滅菌,效果良好。而且,這種處理是在直管流通型的裝置內(nèi)完成的。
在紫外線殺菌方面,殺菌力的大小以相對于處理水時的紫外線照射量mw.s/cm2(紫外線照射強度[mw/cm2×時間])來表示。紫外線照射擊量的大小與殺菌率的大小有相關(guān)關(guān)系。
各種微生物對紫外線的敏感程度,因菌種的不同而有差異。根據(jù)以芽孢桿菌屬(Bacillus)為對象(含B.subtlis)進行的工廠試驗結(jié)果表 明,在照射量D10=mw.s/cm2時,殺菌率達到99.5%。為此,實際裝置的設(shè)計照射量相當于D10×4,即50mw.s/cm2以上。
2、紫外線殺菌器的適用場合及注意事項
a 紫外線殺菌裝置的選定:在選擇臭氧發(fā)生機時,要以臭氧發(fā)生量為標準,而紫外線殺菌裝置則以和處理水量有關(guān)的紫外線照射量為選擇的標準。殺菌燈的照度,隨著使用時間的延長而衰減,因此所需紫外線照射量的選定,要以燈的壽命終點為標準。
b 需要處理水的性狀:使用紫外線殺菌法,根據(jù)所處理水中的菌種所埯要的紫外線照射量進行照射,可初步發(fā)揮效果。因而,所處理水的紫外線透過率是個問題。特別是含有混合物的水或糖液,必須先考慮由于所處理水(液)的紫外線衰減的因素,之后,再選定所需的紫外線照射量。
c 紫外線燈的溫度特性:以前,一般使用的有低壓水銀燈,在周圍溫度40-50的條件上,照射率達到峰值,若在水溫較低的情況下,則殺菌效率降低,這一點必須考慮到
二、食品工業(yè)用水處理過程中的臭氧
所使用的水水質(zhì)必須符合飲用水標準。有的必須在水質(zhì)極限濃度標準備范轉(zhuǎn)之內(nèi),甚至,根據(jù)用途的要求需達到無菌純水,由于食品工業(yè)最終成品的種類和工廠的規(guī)模不同,情況也是各種各樣的。如果不考慮整個操作過程的經(jīng)濟性和維護和管理問題,那么,在最終階段采用0.22um或0.45um的薄膜過濾器 (MF),有可能達到切實滅菌。
臭氧是強氧化劑。臭氧處理法是利用臭氧分解時,生成的新生態(tài)氧的氧化作用和分解能力。
無機物的氧化
A 金屬離子的去除:除鐵、除錳、有機金屬化合物的分解;有害物質(zhì)的去除:氰、NOx、SOx;亞硝酸等的氧化分解。
有機物的改變
A 脫色;B 減少臭味;C 支除有機物的預處理;提高活性炭的吸咐性;D生物去除:殺菌,病例毒的非活化;E 淤泥的去除,F(xiàn) 有機物合成,維生素的制造;一般藥品的制造
有機物的完全氧化
E 有機物的去除。
臭氧處理法,除了滅菌作用以外,還有脫色、去臭,使難分解的物質(zhì)變成容易分解的物質(zhì),絮凝作用的改善和提高凈化能力等。因此,在工廠用水和處理方 面,臭氧的應(yīng)用范圍很廣,既可以用于處理原水系,生產(chǎn)用水,也可以處理排水,,但是,作為生產(chǎn)用水使用的來菌手段,,臭氧處理法的復合作用,在有的場合也 并不受歡迎。
水的紫外線照射滅菌法不是在水中新加入任何不純物,也不是使被處理的水發(fā)生任何化學變化,而是在極短的時間內(nèi)存其設(shè)備之內(nèi)完成滅菌過程。因此,紫外線殺菌方法大多適用于清潔的生產(chǎn)用水滅菌。
在儀器工廠用水的微生物控制方面,與制品的質(zhì)量惡化、腐敗有關(guān)的菌種有芽孢菌屬的一般細菌,野生酵母類、絲狀菌類等。
三 臭氧滅菌法
1 臭氧的滅菌機制和滅菌特性:
臭氧分解生成氧和新生態(tài)氧。此種新生態(tài)氧作用于細菌和病毒等的細胞壁和細胞膜,反應(yīng)在脂質(zhì)(類脂化事合物)的雙鍵。在進行這一 作用時,細胞膜被破壞,而且SH酵素被破壞,從而達到滅菌的效果。對于芽孢桿(Bacillus)菌細菌孢子,用濃度0.3-0.5mg/l的臭氧滅菌劑 即可達到滅菌效果。乳酸菌對臭氧的抵抗力很弱。據(jù)報告,初始菌數(shù)2.3-5.6×109/ml,經(jīng)臭氧處理30秒種,細菌大多數(shù)死去。臭氧的殺菌效果,因微生物種類的不同而有很大差異,這是由于的細胞壁或細胞膜的差異遷成的。
用臭氧處理芽桿菌屬的細菌孢子和酵母,需要較長時間,但是,若增加臭氧濃度可使反應(yīng)時間適當?shù)目s短。在實際使用過程中,可根據(jù)菌種確定臭氧的濃度和選定接觸反應(yīng)時間。
按飲用水標準進行的臭氧滅菌法,接觸反應(yīng)時間性為5-8分種,臭氧發(fā)生器出口處的臭氧濃度為0.4mg/l以上(注入率為2-3mg/l),大多數(shù) 實例以上述條件為運行管理目標。如果在同樣的系統(tǒng)內(nèi),將臭氧的注入率增加至5mg/l,根據(jù)實驗結(jié)果,經(jīng)過此種處理的水,一般來說,細菌是不能存活的。
2 水的臭氧滅菌方法,不僅是一個滅菌裝置,而應(yīng)視為一個滅菌系統(tǒng)。為了建立這樣一個系統(tǒng),須注意事項。
A 選用具有穩(wěn)定的臭氧生產(chǎn)能力的臭氧發(fā)生機。近年來,臭氧發(fā)生機的開發(fā)研制和技術(shù)水平顯著提高。市場上出售的臭氧發(fā)生器,各種類型都有,如無聲放電式玻璃管 式,同極板式,陶瓷表面放電式等,三菱電機,住友精密,富士電機等一流的制造廠商的制品,其性能達到了國際先進水平。從15G/H的小型機到40KG/H 的大型機,均可于供臭氧原料的PSA制氧機配套,形成系列化產(chǎn)品。
B 臭氧原料的精制:除了借助熒光燈制造臭氧或冷藏庫使用的小型臭氧機外,對于工業(yè)規(guī)模臭氧發(fā)生機,作為臭氧原料的空氣精制除理,除塵、 除濕是非常重要的,一般來說:用無聲放電臭氧發(fā)生機產(chǎn)生臭氧的濃度, 以空氣為原料時為1-3%,以氧為原料時,為2-6%,如果這個精制處理過程不充分,那么,有僅臭氧的生產(chǎn)效率低,而且原料中的不純物原封不動地、一部分 以氮的氧化物形式進入臭氧處理水理系統(tǒng)。
用于食品制造的生產(chǎn)用水的臭氧殺菌方法,最好采用純氧或PSA氧濃縮器來供給臭氧原料。
C 水和臭氧的接觸反應(yīng)時間:臭氧注入量和接觸反應(yīng)時間,要根據(jù)作為殺菌對象的微生物的種類及目標滅菌率而定??赡苁怯捎诮ㄔ熨M用的關(guān)系,
D臭氧濃度的管理:為了使臭氧滅菌過程可靠的進行,監(jiān)測臭氧注入濃度和臭氧溶解度是很重要的,要將他們控制在一個合適的范圍內(nèi)。現(xiàn)在,除了高精度的 連續(xù)式臭氧濃度測定器,價格低廉的手提式測定器也已研制出來,所以定期進行臭氧濃度測試,并采取補救措施也是必要的。在水的滅菌過程中,不可避免地要將臭 氧排到系統(tǒng)之外,所以必須進行除害處理,使排出的臭氧量在允許濃度之下。
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