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水的紫外線和臭氧滅菌技術(shù)
食品工業(yè)用水的滅菌，歷來(lái)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(diǎn)，必須仔細(xì)研究各種方法的性質(zhì)、適用范圍和注意事項(xiàng)之后，再根據(jù)具體條件靈活運(yùn)用。
一、食品工業(yè)用水處理過(guò)程中的臭氧
所使用的水水質(zhì)必須符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。有的必須在水質(zhì)極限濃度標(biāo)準(zhǔn)備范轉(zhuǎn)之內(nèi)，甚至，根據(jù)用途的要求需達(dá)到無(wú)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(gè)操作過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)和管理問(wèn)題，那么，在最終階段采用0.22um或0.45um的薄膜過(guò)濾器（MF），有可能達(dá)到切實(shí)滅菌。
臭氧是強(qiáng)氧化劑。臭氧處理法是利用臭氧分解時(shí)，生成的新生態(tài)氧的氧化作用和分解能力。表1說(shuō)明在水處理過(guò)程中，臭氧的功能和利用目地。
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機(jī)能 |
目地 |
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無(wú)機(jī)物的氧化 |
A 金屬離子的去除：除鐵、除錳、有機(jī)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。 |
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有機(jī)物的改變 |
A 脫色；B 減少臭味；C 支除有機(jī)物的預(yù)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(jī)物合成，維生素的制造；一般藥品的制造 |
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有機(jī)物的完全氧化 |
E 有機(jī)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(lái)菌手段，，臭氧處理法的復(fù)合作用，在有的場(chǎng)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(xué)變化，而是在極短的時(shí)間內(nèi)存其設(shè)備之內(nèi)完成滅菌過(guò)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(xì)菌，野生酵母類、絲狀菌類等。
二、臭氧滅菌法
1、臭氧的滅菌機(jī)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(xì)菌和病毒等的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，反應(yīng)在脂質(zhì)（類脂化事合物）的雙鍵。在進(jìn)行這一作用時(shí)，細(xì)胞膜被破壞，而且SH酵素被破壞，從而達(dá)到滅菌的效果。對(duì)于芽孢桿（Bacillus）菌細(xì)菌孢子，用濃度0.3-0.5mg/l的臭氧滅菌劑即可達(dá)到滅菌效果。乳酸菌對(duì)臭氧的抵抗力很弱。據(jù)報(bào)告，初始菌數(shù)2.3-5.6×109/ml,經(jīng)臭氧處理30秒種，細(xì)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(xì)胞壁或細(xì)胞膜的差異遷成的。
用臭氧處理芽桿菌屬的細(xì)菌孢子和酵母，需要較長(zhǎng)時(shí)間，但是，若增加臭氧濃度可使反應(yīng)時(shí)間適當(dāng)?shù)目s短。在實(shí)際使用過(guò)程中，可根據(jù)菌種確定臭氧的濃度和選定接觸反應(yīng)時(shí)間。
按飲用水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的臭氧滅菌法，接觸反應(yīng)時(shí)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(shí)例以上述條件為運(yùn)行管理目標(biāo)。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(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過(guò)此種處理的水，一般來(lái)說(shuō)，細(xì)菌是不能存活的。
2、水的臭氧滅菌方法，不僅是一個(gè)滅菌裝置，而應(yīng)視為一個(gè)滅菌系統(tǒng)。為了建立這樣一個(gè)系統(tǒng)，須注意事項(xiàng)。
A.選用具有穩(wěn)定的臭氧生產(chǎn)能力的臭氧發(fā)生機(jī)（建議采用LS系列臭氧發(fā)生器）。近年來(lái)，臭氧發(fā)生機(jī)的開(kāi)發(fā)研制和技術(shù)水平顯著提高。市場(chǎng)上出售的臭氧發(fā)生器，各種類型都有，如無(wú)聲放電式玻璃管式，同極板式，陶瓷表面放電式等，三菱電機(jī)，住友精密，富士電機(jī)等一流的制造廠商的制品，其性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。從15G/H的小型機(jī)到40KG/H的大型機(jī)，均可于供臭氧原料的PSA制氧機(jī)配套，形成系列化產(chǎn)品。最近加入制造商行列的大手機(jī)械制造公司，推出了便攜式臭氧機(jī)。
B.臭氧原料的精制：除了借助熒光燈制造臭氧或冷藏庫(kù)使用的小型臭氧機(jī)外，對(duì)于工業(yè)規(guī)模臭氧發(fā)生機(jī)，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(lái)說(shuō)：用無(wú)聲放電臭氧發(fā)生機(jī)產(chǎn)生臭氧的濃度，以空氣為原料時(shí)為1-3%，以氧為原料時(shí)，為2-6%，如果這個(gè)精制處理過(guò)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(dòng)地、一部分以氮的氧化物形式進(jìn)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(lái)供給臭氧原料。
C.水和臭氧的接觸反應(yīng)時(shí)間：臭氧注入量和接觸反應(yīng)時(shí)間，要根據(jù)作為殺菌對(duì)象的微生物的種類及目標(biāo)滅菌率而定�？赡苁怯捎诮ㄔ熨M(fèi)用的關(guān)系，
D.臭氧濃度的管理：為了使臭氧滅菌過(guò)程可靠的進(jìn)行，監(jiān)測(cè)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(gè)合適的范圍內(nèi)�，F(xiàn)在，除了高精度的連續(xù)式臭氧濃度測(cè)定器，價(jià)格低廉的手提式測(cè)定器也已研制出來(lái)，所以定期進(jìn)行臭氧濃度測(cè)試，并采取補(bǔ)救措施也是必要的。在水的滅菌過(guò)程中，不可避免地要將臭氧排到系統(tǒng)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(jī)理和處理特性
波長(zhǎng)200-290mm的紫外線，可透過(guò)細(xì)菌或病毒的細(xì)胞膜對(duì)控制著遺傳現(xiàn)象和生物機(jī)能核酸（DNA）造成損傷，使它失支繁殖能力，從而達(dá)到殺菌的目地。
核酸（DNA）對(duì)于波長(zhǎng)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(zhǎng)的紫外線殺菌能力最強(qiáng)的緣故。按照要?dú)绲奈⑸锼璧淖贤饩�照射量進(jìn)行來(lái)菌處理，而又不使水質(zhì)發(fā)生任何變化，在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)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(duì)于處理水時(shí)的紫外線照射量mw.s/cm2(紫外
線照射強(qiáng)度[mw/cm2×?xí)r間]）來(lái)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(duì)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(duì)象(含B.subtlis)進(jìn)行的工廠試驗(yàn)結(jié)果表明，在照射量D10=mw.s/cm2時(shí)，殺菌率達(dá)到99.5%。為此，實(shí)際裝置的設(shè)計(jì)照射量相當(dāng)于D10×4，即50mw.s/cm2以上。
2、紫外線殺外國(guó)籍法的適用場(chǎng)合及注意事項(xiàng)
a.紫外線殺菌裝置的選定：在選擇臭氧發(fā)生機(jī)時(shí)，要以臭氧發(fā)生量為標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)。殺菌燈的照度，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減，因此所需紫外線照射量的選定，要以燈的壽命終點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。
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(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(gè)問(wèn)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(dá)到峰值，若在水溫較低的情況下，則殺菌效率降低，這一點(diǎn)必須考慮到。
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