CN213388169U - 一种膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌*** - Google Patents
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Abstract
一种膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌***,其特征是:由预处理、膜分离装置、水箱、臭氧发生器、气水混合泵、灌装泵、臭氧/紫外线联用发生器***及其水路、电路、气路构成。根据纯净水、矿泉水等不同水种饮用水的水质特征,采用合适精度的膜分离,在净化水质的同时减少有机物、微生物、溴化物等影响溴酸盐生成的前体物;采用连续投加、分段反应,减少剩余臭氧浓度,缩短接触反应时间,降低溴酸盐生成量;应用臭氧/紫外线联用高级氧化技术,高效杀灭微生物、还原去除溴酸盐;消除了高浓度臭氧溢出对人员、设备、环境造成的危害,无新的添加物和毒副产物,降低设备改造及运行成本。
Description
技术领域
一种饮用水水质处理器,特别涉及一种膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌***。
背景技术
近年来,由于工艺、技术、设备、检测手段等措施滞后,造成矿泉水、纯净水等包装饮用水铜绿假单胞菌、溴酸盐超标,导致产品质量不合格的情况十分突出。
《瓶(桶)装饮用水生产许可证审查细则》对饮用水生产设备、基本生产流程作出了具体规定。其中,反渗透、纳滤、超滤等膜分离是主体净化设备,膜分离精度决定了不同水种的特征性。反渗透(RO)属离子与小分子级,可去除0.0001微米(μm)的颗粒杂质、相对分子量大于150~200道尔顿(MWCO)的有机物,可高效去除重金属、化学毒物、有机物和细菌、病毒等,具有脱盐功能(专业术语:溶解性总固体、TDS、含盐量、电导率),是制备纯净水的主体工艺;纳滤(NF)介于离子与分子级之间,可去除大小0.001μm的颗粒杂质、相对分子量大于200~400MWCO的有机物,功效接近于反渗透,保留部分矿物质的饮用水部分采用;超滤(UF)属分子级,可去除大小0.002~0.1μm的颗粒杂质,相对分子量(截留分子量)1000~1000000MWCO的有机物,细菌、病毒等但不能去除重金属、矿物质,是制备矿泉水、泉水等含有矿物质水的主体工艺。
反渗透、纳滤、超滤等膜分离技术从理论上讲可百分之百地去除细菌、病毒、热源,但其机理是去除而非杀灭,由于自身或膜分离之后的水路污染,微生物超标问题难以避免。当前存在的问题是膜分离精度配置不当,膜分离之后的消杀单元配置不当,是微生物超标的重要原因,也是溴酸盐超标的影响因素。
饮用水消毒灭菌有物理消毒(包括膜分离、紫外线辐射等)和化学消毒(包括臭氧、过氧化氢、过氧乙酸、羟基自由基等)。包装饮用水消毒灭菌大都采用臭氧、紫外线(UV);化学消毒剂主要用于设备、包装和环境消毒。
臭氧(O3)属于氧化型广谱消毒剂,对细菌、芽孢、病毒、真菌、霉菌、藻类等均有高效杀灭效果,还可去除铁锰,分解有机物,并具有除臭脱色改善感官功效。臭氧灭菌剂量有一个约0.3mg/L的阈值,当水中剩余臭氧浓度达到阈值时消杀作用瞬时发生,快速彻底地杀灭细菌;如果低于阈值杀灭效果将大大削弱,实践中,最常用的方法是将消毒剂浓度(紫外线辐射强度)C和消毒时间(接触反应时间)T的乘积(CT值)作为消杀强度的控制指标。
在饮用水标准修订前,通常将臭氧灭菌消杀强度CT值控制在0.35~0.85mg/L/10min,就能取得好的消杀效果。修订后的饮用水新标准实施以来,面对抵抗力强的铜绿假单胞菌出现大范围超标,特别是在炎热潮湿的夏季繁殖速度极快,常规消杀强度明显不足,经实践探索发现臭氧CT值要高于常规值的1~2倍(0.6~1.6mg/L/10~16min)杀灭效果才有保证。有的采取加大臭氧投加量(以臭氧与水混合后的剩余臭氧浓度计)、延长消杀时间、扩大消毒范围、采用新型消毒方法等措施,细菌超标问题在一定程度上得到缓解,但顾此失彼的负面影响又接踵面来。
随着臭氧投加量增大,含溴化物的矿泉水、包装饮用水中又出现了溴酸盐超标问题。生产过程中大量臭氧溢出散发在空气中有毒、也有腐蚀性,刺激损害人的眼睛、呼吸***,大量吸入会导致肺功能、细胞组织的损伤,甚至有可能引起癌变;会造成橡胶制品、电器等氧化损坏。我国和国际臭氧协会规定,空气中的臭氧浓度作业场所不得超过0.2mg/L,生产时臭氧主要从水箱和灌装作业中溢出,水箱溢出的臭氧尾气可以用臭氧毁灭器去除,比较好办;灌装溢出的臭氧量大,通常用抽风机排放,这样一来使洁净灌装车间空气由正压变为负压,破坏了无菌作业环境,操作人员也难以承受;臭氧在纯净水中半衰期长,需要放置两天才能消除鱼腥味,不能现产现用。
为了解决高剂量臭氧投加带来的问题,有的改用紫外线、化学消毒剂,但此类方法,消杀强度欠佳,在解决溴酸盐超标的同时又出现了微生物超标和新的毒副产物。对于含有溴化物的水源,臭氧消毒与微生物、溴酸盐之间存在矛盾:臭氧投加量大对杀灭微生物有利,对去除溴酸盐不利:反之投加量小对杀灭微生物不利,对去除溴酸盐有利。为了降低臭氧消毒产生的不利因素,有的采用生物活性炭、除溴树脂、加氨、加二氧化碳、降低PH值等方法,对去除溴化物、抑制溴酸盐生成具有实效,但存在一定程度的微污染、影响口感,再生麻烦、增加成本等不足。目前此类方法用于污水、再生水处理成功案例较多,但对于直接供人们饮用的包装水还不够成熟。
目前大都还是以臭氧消毒为主,控制溴酸盐生成与含量的方法也很多,但真正找到臭氧与微生物、溴酸盐三者之间的最佳平衡点难度较大,大都处于探索试验阶段。
紫外线(UV)灭菌原理是通过波长200~280nm的电磁波辐射导致微生物死亡。特点是高强度紫外线瞬间杀灭细菌,无二次污染,不会改变水体的理化性质,增强辐射强度延长反应时间有利于紫外光对溴酸盐的还原作用,通常不会产生溴酸盐。但紫外线穿透力弱,只有足够的辐射强度的紫外光、水层透明度好、深度小、无死角,且能够照射到的部位才具有杀灭效果。从杀灭持续性和光复活因素看,紫外线消毒的总体效果要低于臭氧。
实践证明,在同时应对溴酸盐和铜绿假单胞菌超标问题上,单独使用臭氧或紫外线消毒灭菌都难以取得理想的效果。
发明内容
针对现有包装饮用水在消毒灭菌和除去溴酸盐功能方面存在的不足,本发明在现有臭氧、紫外线消毒灭菌的基础上,根据纯净水、矿泉水等不同饮用水的水质特征,将臭氧与紫外线 (O3/UV)联用,应用高级氧化(AOP)原理,进一步提高杀灭细菌和去除溴酸盐的功效,开发一种膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌***。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:
1、优化膜分离配置。纯净水采用产水电导率≤10μs/cm的反渗透膜,在反渗透之后配置臭氧/紫外线联用,高效灭菌,高效去除溴化物,不会产生溴酸盐。矿泉水及保留矿物质的饮用水,传统标配是采用截留分子量50000MWCO的超滤膜,实践证明精度低了,不能保证在酷暑潮湿天候下有效地应对菌藻繁生。本发明采用截留分子量10000MWCO的高精度超滤膜,一方面可应对抵抗力强的铜绿假单胞菌,另一方面可去除有机物、微生物、溴化物等影响生成溴酸盐的前体物,降低臭氧消耗量20%~30%,从而同比降低溴化物生成率20%~30%。
2、臭氧/紫外线联用消毒灭菌***。利用臭氧在紫外光照射下提供的一种高能量输入,与臭氧产生光化学协同效应,1mol臭氧可生成2mol的羟基自由基(HO.),其杀灭微生物的速度相对氧化能力是臭氧的100~1000倍。
化学反应式:(1)O3+hu→O2+O.
O.+H2O2→HO.+HO-
(2)O3+H2O+hu→O2+H2O2
H2O2+hu→2HO.
羟基自由基(HO.)含量低,寿命短,迄今为止尚无有效方法精确测定,但可以通过O3/UV 反应器进水与出水剩余臭氧衰减程度,间接判断羟基自由基(HO.)的强弱,衰减度越高羟基自由基(HO.)越强;反之,衰减度越低羟基自由基(HO.)越弱。
3、所述臭氧/紫外线联用消毒灭菌***,臭氧投加与臭氧/紫外线联用构成前后两段工序:前工序以减少臭氧投加量、抑制溴酸盐生成为重点;后工序以臭氧/紫外线反应生成的羟基自由基(HO.)弥补前工序因降低臭氧浓度而影响杀灭效果之不足,发挥紫外线与臭氧的协同效应,实现既高效杀灭铜绿假单胞菌等微生物又还原去除溴酸盐;臭氧投加量,由0.6mg/L降低到0.3mg/L,降低率50%;接触反应时间由10min降低到5min,降低率50%;溴酸盐生成量降低率50%~70%。试验方法及测定结果:
(1)试验用水。天然水体中含溴化物的水溴化物浓度通常在0.015~0.2mg/L,经臭氧处理的饮用水中溴酸盐含量0.02~0.293mg/L【甘日华等,饮用水卫生与管理,人民卫生出版社2008.3】本发明采用经活性炭、超滤处理,浊度≤1,溴化物含量0.1mg/L的原水,加入溴化钠使其溴化物含量达到1mg/L,再配制成铜绿假单胞菌成阳性的加标水为试验用水。
(2)试验测试条件。连续投加,臭氧消杀强度CT值0.3~0.5mg/L/5min;臭氧/紫外线反应器紫外线辐射剂量30000μWs/cm2,运行30min,分别检测水中剩余臭氧浓度、铜绿假单胞菌及溴酸盐含量。
(3)试验结果:在高溴化物含量、低臭氧投加量、短接触反应时间及铜绿假单胞菌成阳性的条件下测定结果:铜绿假单胞菌阴,溴酸盐<0.01mg/L。见表
臭氧连续投加及臭氧/紫外线联用消毒灭菌效果对照表
项目 | 臭氧投加点 | 臭氧/紫外线反应器 |
进水剩余臭氧浓度/mg/L | 0.4 | 0.35 |
出水剩余臭氧浓度/mg/L | 0.35 | 0.1~0.15 |
进水铜绿假单胞菌/CFU | 阳 | 0、0、0、0、0 |
出水铜绿假单胞菌/CFU | 9阴1阳 | 0、0、0、0、0 |
进水溴化物/mg/L | 1 | 0.35 |
出水溴酸盐/mg/L | 0.45 | <0.01 |
说明:(1)本表为10次试验测定结果平均值,(2)按试验测试条件开发的臭氧/紫外线联用饮用水消毒灭菌***,用于溴化物含量0.02~0.1mg/L的矿泉水及保留矿物质的饮用水,经3年生产实践,微生物及溴酸盐指标均稳定合格。
4、所述臭氧/紫外线联用消毒灭菌***。臭氧/紫外线反应器为圆形筒体封闭过流式结构,用抗氧化能力强的316不锈钢制造,筒体内壁抛光,以提高对紫外线的反射能力,增强辐射强度。带石英套管的紫外线灯置于筒内,单支紫外线灯安装在筒体中轴线上;多支紫外线灯的布置应使筒体断面各点具有均匀的紫外线辐射强度,灯管圆周水层厚度10~15mm,避免水流死角;紫外线波长为253.7nm,辐射强度30000μWs/cm2,以适应将溴酸盐还原为溴离子的需要。
5、所述臭氧/紫外线联用消毒灭菌***。通过灌装泵的回流阀、流量计调节臭氧/紫外线反应器的过水流量,从而将反应器出水剩余臭氧浓度控制在0.1~0.15mg/L,使水进入包装桶后仍具有10~15min的继续杀菌作用。臭氧/紫外线反应器安装在灌装机的顶部,以缩短灌装距离,延长继续杀菌时间。散发在灌装车间空气中的臭氧浓度低于0.15mg/L,对人员设备环境不会构成危害;灌装作业时不用打开排风扇,以保持洁净车间内空气处于正压状态。
本发明有益效果是:根据纯净水、矿泉水等不同水种饮用水的水质特征,采用合适精度的膜分离,在净化水质的同时减少有机物、微生物、溴化物等影响溴酸盐生成的前体物;采用连续投加、分段反应,减少剩余臭氧浓度,缩短接触反应时间,降低溴酸盐生成量;应用臭氧/紫外线联用高级氧化技术,高效杀灭微生物、还原去除溴酸盐;消除了高浓度臭氧溢出对人员、设备、环境造成的危害,无新的添加物和毒副产物,降低设备改造及运行成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本实用新型的工艺流程示意图。
图中:1、原水泵,2、粗滤器,3、活性炭滤器,4、精滤器,5、增压泵,6、保安过滤器,7、浓水管,8、膜分离装置,9、氧气瓶,10、减压表, 11、水箱进水口,12、进水取样阀,13、反应器进水管,14、占视孔,15、臭氧/紫外线反应器,16、反应器出水管,17、产水取样阀,18、带石英套管的紫外线灯,19、灌装头,20、镇流器配电箱,21、转子流量计,22、回流阀,23、包装桶,24、灌装机,25、灌装泵,26、出水球阀,27、水箱,28、进水球阀,29、气水混合泵,30、单向阀,31、氧气流量计,32、臭氧发生器,33、臭氧管,34、臭氧水取样阀。
具体实施方式
图1中,水源泵1、粗滤器2、活性炭滤器3、精滤器4、增压泵5、保安过滤器6按进出口先后顺序用管道相互连接,构成预处理***;保安过滤器出水口与膜分离装置8进水口连接,膜分离装置浓水出口与浓水管7连接,膜分离装置产水出口通过管道与水箱进水口11连接;带减压表10的氧气瓶9与臭氧发生器32上的氧气流量计31连接,氧气流量计出口用臭氧管33经单向阀30与气水混合泵29吸程进水管连接,吸程进水管经进水球阀28与水箱27 下部连接,气水混合泵扬程出水管与水箱中部连接,气水混合泵的扬程出水管上安装臭氧水取样阀34,构成气水混合泵/水箱臭氧投加***。
水箱出水管经出水球阀26与灌装泵25吸程进水管连接,灌装泵扬程出水管经转子流量计 21与反应器进水管13连接,灌装泵吸程进水口与扬程出水口之间安装回流阀22,反应器出水管16与灌装头19连接,灌装头对准包装桶23进口,反应器进水管上安装进水取样阀12、反应器出水管上安装产水取样阀17,带石英套管的紫外线灯18置入臭氧/紫外线反应器15 筒体内,紫外线灯接头与镇流器配电箱20连线;构成灌装与臭氧/紫外线联用的消毒灭菌***。
气水混合泵/水箱臭氧投加***与臭氧/紫外线联用消毒灭菌***构成前后两段工序:前工序以减少臭氧投加量、抑制溴酸盐生成为重点;后工序以臭氧/紫外线反应生成的羟基自由基 (HO.)弥补前工序因降低臭氧浓度而影响杀灭效果之不足,发挥紫外线与臭氧的光化学协同效应,既高效杀灭铜绿假单胞菌等微生物、又还原去除溴酸盐;臭氧投加量由0.6mg/L降低到0.3mg/L,降低率50%,接触反应时间由10min降低到5min,降低率50%;溴酸盐生成量降低50%~70%。
纯净水膜分离装置采用产水电导率≤10μs/cm的反渗透膜,反渗透工序之后是臭氧/紫外线反应器,消毒灭菌、去除溴化物,不会产生溴酸盐;矿泉水及需要保留矿物质的饮用水,采用截留分子量10000MWCO的超滤膜,超滤工序之后是臭氧/紫外线反应器,一方面应对酷暑潮湿天候下抵抗力强的铜绿假单胞菌,另一方面去除有机物、微生物、溴化物等影响溴酸盐生成的前体物,降低臭氧投加量,从而同比降低溴化物生成率。
羟基自由基(HO.)含量低,寿命短,迄今为止尚无有效方法精确测定,但可以通过臭氧/ 紫外线反应器进水与出水剩余臭氧衰减程度,间接判断羟基自由基(HO.)的强弱,衰减度越高羟基自由基(HO.)越强;反之,衰减度越低羟基自由基(HO.)越弱。
臭氧/紫外线反应器为圆形筒体封闭过流式结构,用316不锈钢制造,筒体内壁抛光,以提高对紫外线的反射能力,增强辐射强度,筒体上方有占视孔14;带石英套管的紫外线灯置于筒体内,单支紫外线灯安装在筒体中轴线上,多支紫外线灯的布置应使筒体断面各点具有均匀的紫外线辐射强度,灯管圆周水层厚度10~15mm,避免水流死角;紫外线波长为 253.7nm,紫外线辐射剂量30000μWs/cm2;紫外线辐射强度通过占视孔从臭氧/紫外线反应器筒体圆周壁至灯管表面距离用紫外线照度仪测定,照射时间通过臭氧/紫外线反应器过水流量计算,构成灌装与臭氧/紫外线联用的消毒灭菌***。
通过灌装泵回流阀调节臭氧/紫外线反应器过水流量,从而将臭氧/紫外线反应器出水剩余臭氧浓度控制在0.1~0.15mg/L;使水进入包装桶后残余臭氧仍具有10~15min的继续杀菌作用,臭氧/紫外线反应器安装在灌装机24的顶部,以缩短灌装距离,延长继续杀菌时间;散发在灌装车间空气中的臭氧浓度低于0.15mg/L,灌装作业时不用打开排风扇,保持洁净车间空气处于正压状态。
下面结合设备运行进一步阐述实施方式
制水时开通水源,原水经粗滤器、活性炭滤器、精滤器、保安过滤器预处理***去除泥沙、悬浮物、有机物等杂质,水质应符合GB 19298《包装饮用水》标准的水源标准;纯净水经反渗透过滤,出水电导率≤10μs/cm;矿泉水及需要保留矿物质的水经过截留分子量10000MWCO 的超滤膜过滤后,浊度(NTU)≤1;经反渗透或超滤装置处理后的水进入水箱,当水箱里的水量超过1/2时开启气水混合泵、灌装泵;开启臭氧发生器,打开氧气瓶阀门,通过减压阀、氧气流量计调节臭氧流量,向气水混合泵投加臭氧,经气水混合泵循环搅拌5~10min,在气水混合泵扬程出水管臭氧水取样阀取样,将剩余臭氧浓度控制在0.3~0.5mg/;通过灌装泵上的回流阀,调节臭氧/紫外线反应器过水流量,从反应器产水取样阀取样,检测水中剩余臭氧浓度,将其控制在0.1~0.15mg/L。
本发明实施过程应具备相应的检测手段。预处理、膜分离装置、水箱/气水混合泵、灌装泵、O3/UV反应器及臭氧发生器各工艺环节应配备流量计、压力表、电导仪、浊度仪、臭氧比色计、紫外线照度仪等。
Claims (5)
1.一种膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌***,其特征是:水源泵(1)、粗滤器(2)、活性炭滤器(3)、精滤器(4)、增压泵(5)、保安过滤器(6),按进出口先后顺序用管道相互连接,构成预处理***;保安过滤器出水口与膜分离装置(8)进水口连接,膜分离装置浓水出口与浓水管(7)连接,膜分离装置产水出口通过管道与水箱进水口(11)连接;带减压表(10)的氧气瓶(9)与臭氧发生器(32)上的氧气流量计(31)连接,氧气流量计出口用臭氧管(33)经单向阀(30)与气水混合泵(29)吸程进水管连接,吸程进水管经进水球阀(28)与水箱(27)下部连接,气水混合泵扬程出水管与水箱中部连接,气水混合泵的扬程出水管上安装臭氧水取样阀(34)构成气水混合泵/水箱臭氧投加***。
2.根据权利要求1所述的膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌***,其特征是:水箱出水管经出水球阀(26)与灌装泵(25)吸程进水管连接,灌装泵扬程出水管经转子流量计(21)与反应器进水管(13)连接,灌装泵吸程进水口与扬程出水口之间安装回流阀(22),反应器出水管(16)与灌装头(19)连接,灌装头对准包装桶(23)进口,反应器进水管上安装进水取样阀(12),反应器出水管上安装产水取样阀(17),带石英套管的紫外线灯(18)置入臭氧/紫外线反应器(15)筒体内,紫外线灯接头与镇流器配电箱(20)连线;构成灌装泵与臭氧/紫外线联用消毒灭菌***。
3.根据权利要求1所述的膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌***,其特征是:纯净水膜分离装置采用产水电导率≤10μs/cm的反渗透膜,反渗透工序之后是臭氧/紫外线反应器,消毒灭菌、去除溴化物,不会产生溴酸盐;矿泉水及需要保留矿物质的饮用水,采用截留分子量10000 MWCO的超滤膜,超滤工序之后是臭氧/紫外线反应器。
4.根据权利要求1所述的膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌***,其特征是:臭氧/紫外线反应器为圆形筒体封闭过流式结构,用316不锈钢制造,筒体内壁抛光,以提高对紫外线的反射能力,增强辐射强度,筒体上方有占视孔(14);单支紫外线灯安装在筒体中轴线上,多支紫外线灯的布置应使筒体断面各点具有均匀的紫外线辐射强度,紫外线波长为253.7nm,紫外线辐射剂量30000μWs/cm2,灯管圆周水层厚度10~15mm,避免水流死角。
5.根据权利要求1所述的膜分离与臭氧紫外线联用的饮用水消毒灭菌***,其特征是:臭氧/紫外线反应器安装在灌装机(24)的顶部,以缩短灌装距离,延长继续杀菌时间。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |