CN102276050A - 包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了克服现有技术在进行包装饮用水生产中不能有效控制臭氧消毒副产物溴酸盐的缺陷，针对不同水质及不同生产量，提供一套能够有效控制包装饮用水中溴酸盐的包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置。本发明装置由机架、UV辐射装置和多点臭氧投加装置组成。本发明的创新点在于：以臭氧多点投加为核心，通过集成UV和臭氧投加技术的溴酸盐控制装置对饮用水进行处理，在有效控制了饮用水中的微生物污染的同时，控制含溴化物原水在水处理过程中生成的消毒副产物溴酸盐低于10μg/L，从而实现成品水满足国标要求、且既经济又实用的包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置。

Description

包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置

技术领域

本发明涉及食品饮料工业技术领域，尤其涉及一种包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置。

技术背景

长久以来臭氧消毒技术因其无残留和易分解的特点，在包装饮用水生产中的应用日益广泛。但近年来的研究发现，当原水中含有溴化物时，臭氧消毒会产生消毒副产物溴酸盐。国际癌症研究机构把溴酸盐定为2B级潜在致癌物，具有一定DNA和染色体水平的遗传毒性。美国环保局饮水标准、世界卫生组织饮用水水质标准、欧盟饮用水水质指令以及我国生活饮用水卫生标准和饮用天然矿泉水标准中溴酸盐限值均为10μg/L。近年来对饮用水中溴酸盐含量的调查结果显示，国内外许多地区饮用水均存在溴酸盐超标问题。

为了保障饮用水安全，目前国内外自来水生产中通常采用加氨、高锰酸盐复合氧化、加铁(Fe(II))、降低pH值、优化臭氧投加方式、UV辐射、活性炭技术等方法进行溴酸盐控制。然而，由于包装饮用水生产中典型的生产工艺[原水→曝气→10μ微孔砂滤→5μ微滤器→1μ微滤器→0.2μ微滤器→臭氧混合塔(臭氧发生器)→灌装]不同于自来水[原水→预臭氧接触池(臭氧发生器)→絮凝(加混凝剂)→沉淀→砂滤→主臭氧接触池(臭氧发生器)→BAC滤池(加氯、加氨)→清水池→管网]，有些应用于自来水的溴酸盐控制方法并不适用包装饮用水，如加氨时氨气产生刺激性气味以及高锰酸盐复合氧化和加铁(Fe(II))所产生的颜色，从而使这些技术在包装饮用水生产中的利用受到限制。

包装饮用水生产中为了达到消毒目的，往往利用高的臭氧浓度和较长的臭氧接触时间，从而加剧了溴酸盐的生成和超标问题。但在包装饮用水溴酸盐控制过程中，厂家由于技术研究等条件的限制，往往单一采用某种技术，很难满足国家标准对溴酸盐的要求。

我们在研究及与厂家的实际接触中发现，由于水质不同(如表1所示)，水中有机物的性质和浓度差别较大，投加二氧化碳降低pH值控制溴酸盐并不适用于所有的水质，对于一些高碱度的水质，采用降低pH值的方法不能控制溴酸盐，并且增大了生产成本；增加臭氧投加点数量对降低溴酸盐生成量的程度也会有所差别；采用UV辐射去除溴酸盐时，所需要的功率量要比消毒所需要的量大，并且UV辐射在去除溴酸盐中的作用很复杂，在某些情况下还会使生成的溴酸盐量增加；而不同的活性炭(GAC)在控制溴酸盐中的作用及效果也不同。因此，包装饮用水溴酸盐控制过程中，需根据不同厂家水源水的水质实际情况，在小试和中试的一系列研究基础上，建立起合理、可行的溴酸盐控制技术、工艺并研发相关设备。

表1瓶装饮用水企业水质调查表

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术在进行包装饮用水生产中不能有效控制臭氧消毒副产物溴酸盐的缺陷，针对不同水质及不同生产量，提供一套能够有效控制包装饮用水中溴酸盐的包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置。

本发明装置由机架、UV辐射装置和多点臭氧投加装置组成，具体结构如下：

机架上安装有UV辐射装置和多点臭氧投加装置。所述UV辐射装置为立式结构，具有内壁精抛光的不锈钢外壳，外壳内固定有石英玻璃套管，石英玻璃套管内设有对含溴化物原水消毒之前进行消毒的UV灯管，所述石英玻璃套管与UV灯管之间为水流通道，水流通道与进水口及出水口相通。

此外，UV辐射装置还设有用于清洗或者排放滞留水的排放口，监测UV强度的强度监测孔。

所述多点臭氧投加装置包括至少3个气液混合筒，气液混合筒顶部设有入水口和残余臭氧气体出气口，入水口连通设置在气液混合筒内的布水器，有利于水与臭氧的充分接触，气液混合筒下部设有有利于臭氧充分溶解、分散的布气填料，材料可以为金属钛，气液混合筒下部设有臭氧气体进入的进气口和臭氧消毒后的水流的出水口。第一个气液混合筒顶部的入水口通过连通管与UV辐射装置的出水口相通，其余的气液混合筒通过管道依次串联连接，最后一个气液混合筒的出水口通过管道连接设在机壳上的成品水出水口。

所述气液混合筒上还设有进行管道清洗的CIP管以及CIP阀，监测臭氧流量的气体流量监视窗，调节臭氧流量的气体流量调节阀，排放气液混合筒中水的排放阀；对气液混合筒中水样进行取样的取样阀，从而监测臭氧浓度，并取样检测溴酸盐、微生物等饮用水指标。

本发明的创新点在于：以臭氧多点投加为核心，通过集成UV和臭氧投加技术的溴酸盐控制装置对饮用水进行处理，在有效控制了饮用水中的微生物污染的同时，控制含溴化物原水在水处理过程中生成的消毒副产物溴酸盐低于10μg/L，从而实现成品水满足国标要求、且既经济又实用的包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置。

本发明的优点在于：UV辐射装置的使用可以减少达到相同消毒目的所需的臭氧量，有利于降低溴酸盐的生成；多点臭氧投加装置通过高效分布臭氧，增大臭氧与水的接触面积，使有效臭氧量增大，降低了达到相同消毒目的所需的臭氧量，从而控制了含溴化物原水臭氧化过程中溴酸盐的生成。本发明可针对不同处理水量(2～50m³/h)，根据工厂实际生产量，设计调整溴酸盐控制装置，有效地抑制水中溴酸盐的生成，并且达到高效率、低成本的效果。

附图说明

图1是本发明实施例的正视结构示意图；

图2为本发明实施例的左视结构示意图；

图3为本发明实施例的后视结构示意图；

图4为本发明实施例的右视结构示意图；

图5为本发明实施例的剖视结构示意图之一；

图6为本发明实施例的剖视结构示意图之二。

附图标记说明：1、机架；2、气液混合筒；3、过流式紫外线；4、气体流量监视窗；5、气体流量调节阀；6、UV强度监视窗；7、排放阀；8、取样阀；9、连通管；10、CIP管；11、电器控制按钮、指示灯；12、取样阀；13、回流及排放阀；14、CIP阀；15、自动阀；16、进水口；17、出水口；18、进气口；19、回液口；20、快速排放口；21、自动排放阀；22、不锈钢外壳；23、石英玻璃套管；24、锁紧螺帽(上、下)；25、UV灯管；26、硅胶圈(上、下)；27、进水口；28、出水口；29、外罩(上、下)；30、排放口；31、强度监测孔；32、不锈钢外壳；33、连接法兰；34、布气填料；35、进气口；36、出气口；37；入水口；38、布水器；39、出水口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、2、3所示，机架1上安装有UV辐射装置和多点臭氧投加装置。所述UV辐射装置包括过流式紫外线3，为立式结构，其内部结构如图5所示。具有内壁精抛光(≤0.5μm)的不锈钢外壳22，不锈钢外壳22内设有石英玻璃套管23，石英玻璃套管23与UV辐射装置的外罩(上、下)29通过锁紧螺帽24(上、下)及起密封作用的硅胶圈26(上、下)密封连接，石英玻璃套管23内设有对流经水流进行UV照射的UV灯管25，功率为120～750W，所述石英玻璃套管23与UV灯管25之间为水流通道，水流通道与进水口27及出水口28相通。水流通道另与用于清洗或者排放滞留水的排放口30连通，排放口30对应连通设在机壳上的快速排放口20与自动排放阀21。此外，过流式紫外线3中部设有强度监测孔31，机架1上设有监测UV强度的强度监测孔6。

所述多点臭氧投加装置包括做为多点臭氧投加装置的3-5个气液混合筒2，气液混合筒2内部结构如图6所示。气液混合筒2有不锈钢外壳32，其不同部分通过连接法兰33连接为一整体。气液混合筒2顶部设有布水器38和残余臭氧气体出气口36，所述布水器38连通入水口37，气液混合筒2下部设有有利于臭氧充分溶解、分散的布气填料34，材料为金属钛，气液混合筒2下部设有臭氧气体进入的进气口35和臭氧消毒后的水流的出水口39。第一个气液混合筒2顶部的入水口37通过连通管9与UV辐射装置的出水口28相通，其余的气液混合筒通过管道依次串联连接，如：第二个气液混合筒顶部的入水口通过连通管与第一个气液混合筒的出水口相通，出水口则与第三个气液混合筒顶部的入水口相通，以此类推，最后一个气液混合筒的出水口通过管道连接设在机壳上的成品水出水口，并在机壳上设有排放阀7。

所述气液混合筒上还设有进行管道清洗的CIP管10以及CIP阀14，监测臭氧流量的气体流量监视窗4，调节臭氧流量的气体流量调节阀5，对气液混合筒中水样进行取样的取样阀12，从而监测臭氧浓度，并取样检测溴酸盐、微生物等饮用水指标。

为了操作方便，前述各种阀可以安装在机壳1上。机壳1上并设有与整个装置相应部位连通的进水口16、出水口17、进气口18、回液口19等，并设有电器控制按钮、指示灯11.

本装置使用时，含溴化物原水预处理后由进水口27进入本溴酸盐控制装置的UV辐射装置后，经石英玻璃套管23中UV灯管25紫外作用后由出水口28流出。从而实现了在臭氧对含溴化物原水消毒之前进行紫外作用消毒，可以减少达到相同消毒目的所需的臭氧量，有利于降低溴酸盐的生成。在此UV辐射过程中，可以通过UV强度监测孔31和强度监视窗6，监测UV强度；并可以由取样阀12取样对水中微生物、溴离子等指标进行检测。

含溴化物原水经过UV辐射装置处理后，由出水口28排出，通过连通管9从多点臭氧投加装置的顶端由入水口37进入布水器39。同时臭氧由该装置底部进气口18和35进入，经布气填料34后以动态对流的方式与布水器38排出的水混合，臭氧接触氧化的时间为2～3min。残余臭氧经出气口36排出，臭氧作用后的水由出水口39排出。在此过程中，可以通过气体流量调节阀5调整臭氧气体流量控制臭氧浓度，并通过气体流量监视窗4监测臭氧气体流量。气液混合器中的水可以通过排水阀7排出，并能够通过取样阀8和12取样，检测臭氧浓度及水中溴酸盐、微生物等指标。

经过本溴酸盐控制装置处理后的水经出水口39排出，不仅微生物得到有效杀灭而且溴酸盐得到了有效控制。

本实施例在每小时处理2吨水量的中试装置中实施的效果：通过向原水中投加溴离子的方法使原水中溴离子浓度约为30、50、70μg/L，通过砂滤和GAC预处理，不同浓度原水经本实施例溴酸盐控制装置处理后，成品水中溴酸盐在1μg/L以下。中试装置中采用3个气液混合器的多点臭氧投加方式，臭氧浓度为0.1mg/L-0.3mg/L。

本实施例在每小时处理10吨水量的中试装置中实施的效果：矿泉水原水溴化物和成品水溴酸盐情况为：检测水源水溴化物71.5μg/L，矿泉水溴酸盐58.8μg/L；其原水溴化物含量较高，采用传统方法处理成品水溴酸盐含量远远高于2009年10月1日开始实施的天然矿泉水新国标(GB8537-2008)中溴酸盐的限量值。本实施例中处理水量为每小时10吨。原水通过砂滤和GAC预处理，经本实施例溴酸盐控制装置处理后，溴酸盐含量均低于国标GB8537-2008中溴酸盐的限量值(10μg/L)。本实施例采用4个气液混合器的多点臭氧投加方式，第4点臭氧投加时臭氧浓度为0.4mg/L左右。

本实施例在每小时处理30吨水量的检验性实验中实施的效果：水源平均溴化物含量为14.4μg/L，成品水溴酸盐含量为24.2μg/L。分析检测结果表明，必须对该矿泉水原生产工艺进行技术改造，使成品水的溴酸盐得到控制，才能符合矿泉水国家新标准(GB8537-2008)的要求。本实施例中处理水量为每小时30吨。原水通过砂滤和GAC预处理，经本实施例溴酸盐控制装置处理后，溴酸盐含量均低于国标GB8537-2008中溴酸盐的限量值(10μg/L)。本实施例采用4个气液混合器的多点臭氧投加方式，第4点臭氧投加时臭氧浓度为0.4mg/L左右。

本实施例处理高碳酸盐类天然矿泉水实验效果：对传统工艺处理的某高碳酸盐类天然矿泉水水源水和成品水分别检测溴酸盐和HCO₃ ^-等指标。分析检测结果表明，该原水HCO₃ ^-为516.30mg/L，溴离子含量为33.47μg/L，成品水中溴酸盐量达40～50μg/L。分析检测结果表明，该原水水质复杂，属于高碳酸盐类水质，溴酸盐的转化率非常高。采用本实施例装置以每小时8吨的处理水量对该厂原水进行处理后，成品水中溴酸盐含量均低于国标GB8537-2008中溴酸盐的限量值(10μg/L)。

以上对本发明所提供的溴酸盐控制装置进行了详细介绍，并应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思路在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置，包括机架，其特征在于：机架上安装有UV辐射装置和多点臭氧投加装置；所述UV辐射装置为立式结构，具有内壁精抛光的不锈钢外壳，外壳内固定有石英玻璃套管，石英玻璃套管内设有对含溴化物原水消毒之前进行消毒的UV灯管，所述石英玻璃套管与UV灯管之间为水流通道，水流通道与进水口及出水口相通；所述多点臭氧投加装置包括至少3个气液混合筒，气液混合筒顶部设有入水口和残余臭氧气体出气口，入水口连通设置在气液混合筒内的布水器，气液混合筒下部设有有利于臭氧充分溶解、分散的布气填料，并设有臭氧气体进入的进气口和臭氧消毒后的水流的出水口，第一个气液混合筒顶部的入水口通过连通管与UV辐射装置的出水口相通，其余的气液混合筒通过管道依次串联连接，最后一个气液混合筒的出水口通过管道连接设在机壳上的成品水出水口。

2.如权利要求1所述的包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置，其特征在于：所述布气填料材料为金属钛。

3.如权利要求1所述的包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置，其特征在于：所述UV辐射装置还设有用于清洗或者排放滞留水的排放口，监测UV强度的强度监测孔。

4.如权利要求1所述的包装饮用水臭氧消毒副产物溴酸盐控制装置，其特征在于：所述气液混合筒上还设有进行管道清洗的CIP管以及CIP阀，监测臭氧流量的气体流量监视窗，调节臭氧流量的气体流量调节阀，排放气液混合筒中水的排放阀；对气液混合筒中水样进行取样的取样阀。

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