食品行業水處理過(guò)程中的紫外線和臭氧消毒滅菌技術

         随着工業的發(fā)展，在水處理行業之前一直用化學(xué)方法殺菌消毒，現在，還(hái)有臭氧處理法、紫外線照射法、膜（UF/MF）處理法等新的處理方法。這(zhè)些方法各有優缺點，必須仔細研究各種(zhǒng)方法的性質、适用範圍和注意事(shì)項之後(hòu)，再根據具體條件靈活運用。 本文主要介紹在食品工業用水處理過(guò)程中臭氧和紫外線的處理方法。
一. 食品工業用水處理過(guò)程中的臭氧
 
        食品行業用水所使用的水質必須符合飲用水标準。有的必須在水質極限濃度标準備範圍之内，甚至，根據用途的要求需達到無菌純水，由于食品工業最終成(chéng)品的種(zhǒng)類和工廠的規模不同，情況也是各種(zhǒng)各樣的。
        臭氧是強氧化劑。臭氧處理法是利用臭氧分解時，生成(chéng)的新生态氧的氧化作用和分解能(néng)力。下表說明在水處理過(guò)程中，臭氧的功能(néng)和利用目的。 

二. 臭氧滅菌法 
      1. 臭氧的滅菌機制和滅菌特性
      臭氧分解生成(chéng)氧和新生态氧。此種(zhǒng)新生态氧作用于細菌和病毒等的細胞壁和細胞膜，反應在脂質（類脂化合物）的雙鍵。在進(jìn)行這(zhè)一作用時，細胞膜被破壞，而且酵素被破壞，從而達到滅菌的效果。
      對(duì)于芽孢杆（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(duì)臭氧的抵抗力很弱。據報告，初始菌數2.3～5.6×109/mL，經(jīng)臭氧處理30秒種(zhǒng)，細菌大多數死去。
      臭氧的殺菌效果，因微生物種(zhǒng)類的不同而有很大差異，這(zhè)是由于的細胞壁或細胞膜的差異遷成(chéng)的。 
      用臭氧處理芽杆菌屬的細菌孢子和酵母，需要較長(cháng)時間，但是，若增加臭氧濃度可使反應時間适當的縮短。在實際使用過(guò)程中，可根據菌種(zhǒng)确定臭氧的濃度和選定接觸反應時間。
      按飲用水标準進(jìn)行的臭氧滅菌法，接觸反應時間性爲5～8分種(zhǒng)，臭氧發(fā)生器出口處的臭氧濃度爲0.4mg/L以上（注入率爲2～3mg/L），大多數實例以上述條件爲運行管理目标。如果在同樣的系統内，將(jiāng)臭氧的注入率增加至5mg/L，根據實驗結果，經(jīng)過(guò)此種(zhǒng)處理的水，一般來說，細菌是不能(néng)存活的。
      2. 水的臭氧滅菌方法，不僅是一個滅菌裝置，而應視爲一個滅菌系統
      爲了建立這(zhè)樣一個系統，須注意如下事(shì)項。
       A) 選用具有穩定的臭氧生産能(néng)力的臭氧發(fā)生機。近年來，臭氧發(fā)生器的開(kāi)發(fā)研制和技術水平顯著提高。市場上出售的臭氧發(fā)生器，各種(zhǒng)類型都(dōu)有，如無聲放電式玻璃管式，同極闆式，陶瓷表面(miàn)放電式等。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(chéng)系列化産品。
       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(duì)于工業規模臭氧發(fā)生器，作爲臭氧原料的空氣精制處理，除塵、除濕是非常重要的。一般來說：用無聲放電臭氧發(fā)生器産生臭氧的濃度，以空氣爲原料時爲1～3%，以氧爲原料時，爲2～6%，如果這(zhè)個精制處理過(guò)程不充分，那麼(me)，不僅臭氧的生産效率低，而且原料中的不純物原封不動地，一部分以氮氧化物形式進(jìn)入臭氧處理水系統。
       用于食品制造的生産用水的臭氧殺菌方法，一般采用純氧或PSA制氧機來供給臭氧原料。
       C) 水和臭氧的接觸反應時間：臭氧注入量和接觸反應時間，要根據作爲殺菌對(duì)象的微生物的種(zhǒng)類及目标滅菌率而定。這(zhè)涉及建造費用的因素。
       D) 臭氧濃度的管理：爲了使臭氧滅菌過(guò)程可靠的進(jìn)行，監測臭氧注入濃度和臭氧溶解度是很重要的，要將(jiāng)他們控制在一個合适的範圍内。現在，除了高精度的連續式臭氧濃度測定器，價格低廉的手提式測定器也已研制出來，所以定期進(jìn)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(guò)程中，不可避免地要將(jiāng)臭氧排到系統之外，所以必須進(jìn)行除害處理，使排出的臭氧量在允許濃度之下。 

三. 紫外線照射殺菌法 
      1. 紫外線殺菌機理和處理特性
      波長(cháng)200～290mm的紫外線，可透過(guò)細菌或病毒的細胞膜對(duì)控制着遺傳現象和生物機能(néng)核酸（DNA）造成(chéng)損傷，使它失去繁殖能(néng)力，從而達到殺菌的目地。
      核酸（DNA）對(duì)于波長(cháng)250～260mm的紫外線，有特别容易吸收的傾向(xiàng)。這(zhè)就是爲什麼(me)這(zhè)種(zhǒng)波長(cháng)的紫外線殺菌能(néng)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(jìn)行殺菌處理，而又不使水質發(fā)生任何變化，在極短時間内進(jìn)行瞬間滅菌，效果良好(hǎo)。而且，這(zhè)種(zhǒng)處理是在直管流通型的裝置内完成(chéng)。
      在紫外線殺菌方面(miàn)，殺菌能(néng)力的大小以相對(duì)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關系。
      各種(zhǒng)微生物對(duì)紫外線的敏感程度，因菌種(zhǒng)的不同而有差異。根據以芽孢杆菌屬（Bacillus）爲對(duì)象（含B.subtlis）進(jìn)行的工廠試驗結果表明，在照射量D10=12.5mw·s/cm2時，殺菌率達到99.5%。爲此，實際裝置的設計照射量相當于D10×4，即50mw·s/cm2以上。   
      2. 紫外線消毒器的适用場合及注意事(shì)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)生量爲标準，而紫外線殺菌裝置則以和處理水量有關的紫外線照射量爲選擇的标準。殺菌燈的照度，随着使用時間的延長(cháng)而衰減，因此所需紫外線照射量的選定，要以燈的壽命終點爲标準。
      B) 需要處理水的性狀：使用紫外線殺菌法，根據所處理水中的菌種(zhǒng)所埯要的紫外線照射量進(jìn)行照射，可初步發(fā)揮效果。因而，所處理水的紫外線透過(guò)率是個問題。特别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，之後(hòu)，再選定所需的紫外線照射量。
      C) 紫外線燈的溫度特性：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(zhè)一點必須考慮到。