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臭氧化處理對礦泉水水質(zhì)影響

中國預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測所 陳亞妍 趙月朝 林少彬

----近幾年來，我國礦泉水的生產(chǎn)實(shí)踐，使人們認(rèn)識(shí)到飲用天然礦泉水的生產(chǎn)比一般飲料難，其原因是礦泉水產(chǎn)品不能加防腐劑，不能加熱滅菌而且生物指標(biāo)要求達(dá)到"雙零"。因此微生物污染問題一直困擾著礦泉水生產(chǎn)廠家，要解決微生物污染問題必須采用系統(tǒng)工程，包括水源、環(huán)境、技術(shù)設(shè)備、管理等一系列問題，其中最關(guān)鍵的問題是如何消毒滅菌。解決礦泉水中細(xì)菌的方法有二種：（1）物理方法：采用膜過濾技術(shù)，只要膜的孔徑小于細(xì)菌直徑，這種膜可以有效地阻溜細(xì)菌；（2）化學(xué)方法：采用紫外線和臭氧消毒滅菌，其中臭氧消毒是目前國內(nèi)外礦泉水生產(chǎn)過程應(yīng)用最普遍的滅菌消毒方法。

----1. 臭氧消毒

----1.1臭氧消毒在水處理中的應(yīng)用

----臭氧用于消毒處理已有很長的歷史，十九世紀(jì)末有人開始用臭氧進(jìn)行飲水處理，七十年代中期歐洲已有500多個(gè)臭氧處理廠，到目前已有3000多個(gè)水廠用臭氧處理飲水。國內(nèi)外食品工業(yè)包括礦泉水生產(chǎn)也廣泛應(yīng)用臭氧消毒滅毒。

----1.2臭氧的特性

----臭氧是淡青色不穩(wěn)定的氣體，溶于水但溶解度小。臭氧的氧化還原電位（2.07V）僅次于氟（2.87V）,但高于氯氣（1.97V）和二氧化碳(1.5V)，它是一種強(qiáng)的氧化劑和消毒劑：臭氧的穩(wěn)定性差，將溶解臭氧的水溶液放置，臭氧的濃度會(huì)隨著放置的時(shí)間延長而下降。有人試驗(yàn)：當(dāng)室溫20℃，臭氧水的PH為7.6,水溫10～15℃，繪制臭氧水的濃度隨著時(shí)間變化的曲線，測其半衰期為36分鐘，由于臭氧半衰期短，易于分解，在水中無殘留物，故適用于礦泉水、飲水、飲料、食品等的消毒。 1.3 臭氧的滅菌效果 臭氧水溶液具有很強(qiáng)的殺菌作用，所需的濃度低，作用快。當(dāng)其濃度達(dá)到2mg/L左右，作用1分鐘，可將大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、細(xì)菌的芽胞、黑曲霉、酵母等微生物殺死。實(shí)際上只要臭氧濃度達(dá)到閾值時(shí)，可在極短的時(shí)間內(nèi)將微生物殺滅，此閾值對不同種類的微生物是不同的。例如真菌為1.5mg/L,細(xì)菌繁殖體為3mg/L。

----取天然礦泉水將其暴露于空氣中，讓細(xì)菌自然生長。然后于此水樣通入不同濃度的臭氧氣體，分別于接觸5分鐘和密閉放置24小時(shí)后測定細(xì)菌的濃度（見表1）。當(dāng)?shù)V泉水中的臭氧濃度達(dá)到0.5mg/L，在5分鐘內(nèi)可將細(xì)菌全部殺滅。

表1 臭氧對天然礦泉水中細(xì)菌的滅菌效果
　

----1.4 臭氧消毒的影響因素

----1.4 1臭氧的滅菌效果與水中臭氧的濃度的關(guān)系：水中臭氧的濃度越高，滅菌的效果越好。而水中臭氧的濃度又取決于通入臭氧氣體的濃度、水的分散程度以及水溫，當(dāng)通入氣體的濃度越高，溫度越低，水分散程度越好，對臭氧的溶解越有利。臭氧溶解越好水中臭氧的濃度越高，滅菌效果越好。

----1.4.2 臭氧的滅菌效果與水質(zhì)關(guān)系：當(dāng)水的渾濁度和色度增加時(shí)，會(huì)降低滅菌效果，遇到此情況最好先過濾，澄清后再用臭氧消毒，而水的PH值也會(huì)影響滅菌效果，礦泉水通入相同的臭氧氣體，因PH值不同，臭氧濃度不同，發(fā)現(xiàn)PH為6.5時(shí)臭氧的濃度為1.06mg/L,而PH為8.5時(shí)，臭氧的濃度為0.48mg/L，由此可見水的PH偏酸性有利于臭氧的溶解，水中臭氧濃度高，滅菌效果好。

----2. 臭氧消毒對礦泉水成份的影響

----2.1 鍶、偏硅酸等有益成份和主要成份

----我國飲用天然礦泉水主要化學(xué)類型是含鍶、偏硅酸重碳酸鹽型，因此有必要觀察臭氧消毒對礦泉水中鍶、偏硅酸、重碳酸鹽、總堿度、總硬度以及反映無機(jī)物總量的溶解性固體向礦泉水中通入高濃度臭氧的空氣，接觸15分鐘后測定礦泉水中的主要成份（表2）。

----由表2可見，礦泉水經(jīng)臭氧處理后鍶、偏硅酸、重碳酸鹽、總堿度和總硬度的濃度幾乎沒有改變，說明臭氧消毒對這些指標(biāo)影響不大。

表2 臭氧處理對礦泉水有益成份和主要成份的影響
　

----*水中臭氧濃度為6.3mg/L

----用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)礦泉水PH值分別為6.5、7.5和8.5，然后通入相同濃度的臭氧氣體5分鐘，測定水樣的臭氧濃度和溶解性固體（表3）。試驗(yàn)結(jié)果表明：水中臭氧的濃度和溶解固體均隨著PH的升高而降低，但溶解性總固體下降不超過10％。

表3 臭氧消毒前后溶解性固體含量變化
　

----2.2 對還原性組分及耗氧量

----還原性組分這里系指氨氮、氰化物和酚。一般礦泉水中這些組分含量均很低，難于判定臭氧消毒對其的影響。因此于氨氮、氰化物中和酚的礦泉水通入高濃度的臭氧氣體15分鐘，測其濃度的變化（表4）

----表4結(jié)果表明礦泉水中的氨氮經(jīng)臭氧消毒后，其濃度幾乎無改變，而氰化物和揮發(fā)性酚濃度明顯地降低。

----耗氧量（COD）系以高錳酸鉀為氧化劑，在一定條件下氧化水中還原性物質(zhì)，將消耗的高錳酸鉀折算為氧表示。COD能反映部分還原性有機(jī)物總量，于不同PH的礦泉水中通入相同濃度的臭氧氣體5分鐘，礦泉水中COD明顯地下降，COD下降的程度與水的PH有密切的關(guān)系，隨著水的PH升高，下降的百分比有所減少。

----許多人的研究均證實(shí)：臭氧化處理能使水中有機(jī)物發(fā)生不同程度的降解，水中常見的比較簡單的有機(jī)物經(jīng)臭氧化處理會(huì)變成簡單的有機(jī)物，再進(jìn)一步徹底地氧化生成CO2 。比較復(fù)雜有機(jī)物往往需要經(jīng)過多次臭氧化處理才能轉(zhuǎn)化變成簡單的有機(jī)物。

表4 臭氧對還原性組分的影響
　

----2.3 溴化物

----溴化物也是礦泉水的界限指標(biāo)之一，我國也有少部分礦泉水的溴化物達(dá)標(biāo)。于含有溴化物的礦泉水（原水溴化物為2mg/L,再加入NaBr使其濃度達(dá)到5mg/L）通入不同的臭氧的氣體5分鐘，測其次鹵酸鹽和溴酸鹽濃度（見表5），結(jié)果顯示：用臭氧消毒時(shí)礦泉水中的次鹵酸（鹽）和溴酸鹽的濃度隨著臭氧濃度的升高而升高，當(dāng)臭氧濃度達(dá)到5.9mg/L，溴化物絕大部分被氧化成溴酸鹽，溴酸鹽對人體有害，次鹵酸鹽與水中三鹵甲烷生成有關(guān)系。

表5 臭氧消毒后礦泉水中次鹵酸（鹽）和溴酸鹽的生成結(jié)果
　

----3. 結(jié)論

----作用臭氧對礦泉水進(jìn)行消毒，當(dāng)水中臭氧的濃度達(dá)到0.5mg/L時(shí)，作用5分鐘可將水中的細(xì)菌全部殺滅；礦泉水中鍶、偏硅酸、重碳酸鹽、總硬度、總堿度不受濃度臭氧影響；但是臭氧消毒后礦泉水的溶解性固體略有降低（降低小10％），PH值稍有升高；礦泉水進(jìn)行臭氧化處理后氰化物、揮發(fā)性酚和耗氧量明顯地降低，但對含溴礦泉水的影響值得注意。

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