CN112723637B - 一种新鲜健康饮用水的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及饮用水的技术领域，更具体地，涉及一种新鲜健康饮用水的生产方法，包括：将源水输送至水处理车间；源水经第一次过滤去除第一固体颗粒后流入原水箱；采用紫外线进行第一次杀菌；经第一次杀菌处理的出水经第二次过滤去除第二固体颗粒；流入阻菌膜系统进行第三次过滤；经第三次过滤处理的出水流入中间水箱；采用紫外线进行第二次杀菌；经第二次杀菌处理的出水采用冷热交流方式进行第三次杀菌；经第三次杀菌处理的出水流入成品水箱，等待灌装。本发明源水经密闭管道输送至车间，未经曝气过程和臭氧杀菌过程，有效去除源水中的颗粒物、微生物，严格控制出水中的溴酸盐及亚硝酸盐，获得新鲜健康的产品出水。
Description
技术领域
本发明涉及饮用水的技术领域，更具体地，涉及一种新鲜健康饮用水的生产方法。
背景技术
以矿泉水、山泉水为源水的天然饮用水因其天然且富含天然矿物质和微量元素，有益于促进人体健康，在市场中的占比不断增加。目前，在生产天然饮用水时常采用多道过滤去除水中的固体颗粒、悬浮物或大分子微生物，再通过紫外线杀菌和臭氧消毒相结合的工艺，以使得天然饮用水达到饮用标准。但由于臭氧易与水体中的溴化物反应，产生消毒副产物溴酸盐；若降低臭氧浓度，则存在水中的细菌、真菌、致病菌等微生物无法彻底杀灭的风险。可见，紫外线和臭氧相结合的杀菌消毒工艺难以保证天然饮用水生产过程中的微生物和溴酸盐控制，难以保证天然饮用水的饮水安全，且臭氧的使用会对周围环境产生不良影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新鲜健康饮用水的生产方法，能够有效控制半成品水和成品水中的微生物，去除对人体有害的杂质，保留有益于人体健康的天然矿物质和微量元素，生产新鲜健康饮用水。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种新鲜健康饮用水的生产方法，包括以下步骤：
S10.获取源水并将源水输送至水处理车间；
S20.步骤S10中源水经第一次过滤去除第一固体颗粒后流入原水箱；
S30.步骤S20中原水箱中的水采用紫外线进行第一次杀菌；
S40.经步骤S30第一次杀菌处理的出水经第二次过滤去除第二固体颗粒，所述第二固体颗粒的粒径小于第一固体颗粒的粒径；
S50.经步骤S40第二次过滤处理的出水流入阻菌膜系统进行第三次过滤去除水中杂质，所述杂质包括颗粒物、有机物、细菌及病毒；
S60.经步骤S50第三次过滤处理的出水流入中间水箱；
S70.步骤S60中间水箱中的水采用紫外线进行第二次杀菌；
S80.经步骤S70第二次杀菌处理的出水采用冷热交流方式进行第三次杀菌；
S90.经步骤S80第三次杀菌处理的出水流入成品水箱，等待灌装。
本发明的新鲜健康饮用水的生产方法，采用多段过滤和多段杀菌工序，能够有效过滤掉源水中砂粒、悬浮物和细菌，能够彻底杀灭源水中细菌、真菌、致病菌等微生物，保证产品水质的健康性和新鲜性；且本发明采用紫外和热力杀菌方式代替传统的臭氧杀菌工艺，能够克服传统臭氧杀菌工艺在天然饮用水生产过程中易生成消毒副产物溴酸盐的缺陷，且能够避免臭氧的使用对周边环境产生不良影响，具有较好的环保性。
优选地，步骤S10中，采用封闭管道输送源水，避免源水与外界接触。全封闭的管道与容器相连接保证了源水在输送和处理过程中不与外界接触，有效避免二次污染。
优选地，步骤S40中，第一固体颗粒的直径大于10μm，第二固体颗粒的直径为1μm～10μm。第一次过滤可采用袋式过滤器或大通量滤芯，有效截留原水采集过程可能带入的10μm以上的砂粒或悬浮物，避免微生物附着在表面形成细菌载体进入原水箱；第二次过滤可采用内部安装有大流量滤芯的保安过滤器截留1μm～10μm的杂质，同时可减轻阻菌膜系统的处理压力，延长阻菌膜的使用寿命。
优选地，当阻断经第一次杀菌处理的出水流向第二次过滤工艺时，经第一次杀菌处理的出水回流至原水箱。通过管路设计和程序设计，使得在后段停止供水时，经第一次杀菌处理的出水可自动切换回收至原水箱，可实现循环杀菌，有效控制源水在原水箱停留时微生物的繁殖。
优选地，步骤S30中第一次杀菌采用低压或中压紫外线进行杀菌，步骤S70中第二次杀菌采用中压或低压紫外线进行杀菌。其中，第一次杀菌采用第一紫外线杀菌器、第二次杀菌采用第二紫外线杀菌器，两道杀菌工序分别采用低压紫外线和中压紫外线杀菌或两道杀菌工序均采用中压紫外线杀菌，具体地，第一次杀菌采用低压紫外线杀菌、第二次杀菌采用中压紫外线杀菌，或第一次杀菌采用中压紫外线杀菌、第二次杀菌采用低压紫外线杀菌，或第一次杀菌与第二次杀菌均采用中压紫外线杀菌。紫外线波长范围10nm～400nm之间，波长越长，穿透力增强；波长越短，能力增强。低压紫外灯管内气压小于103Pa，为单色紫外光谱输出，单只灯管功率小于100W，低压紫外线单一波长：254nm；中压紫外灯管，灯管内气压104～106pa,为多谱段连续光谱输出，单只灯管功率可达7KW，中压紫外线波长范围，185nm～400nm，其中波长为265nm时杀菌效果最佳。在低压紫外线及中压紫外线的波长范围内，紫外线穿透微生物的细胞膜，破坏微生物的DNA，使得微生物不能继续繁殖再生，从而达到杀灭的效果；中压多谱段杀菌不受到光化反应和黑暗修复后的影响，杀菌后微生物无法复活，杀菌更彻底；而低压紫外线杀菌会因光化反应和黑暗修复原因，微生物复活，杀菌不彻底。当低压紫外线和中压紫外线配合使用能够达到良好杀菌效果的同时保持较低的成本，当两次中压紫外线配合使用时能够达到较好的杀菌效果，杀菌方式可根据水源特点进行进行不同组合。
优选地，步骤S70中，采用低压紫外线杀菌时、采用中压紫外线杀菌时均实时监测紫外线辐照强度。实时监测低压紫外线和中压紫外线的辐照强度作为输入，由PLC控制器输出相应的控制命令，如控制输送管路阀门的开闭和/或控制输送管路供水泵的启停。
优选地，步骤S80中，所述冷热交流方式包括以下步骤：
S81.经第二次杀菌处理的出水先预加热升温至80℃～95℃得到第一出水；
S82.步骤S81中第一出水加热升温至105℃～125℃并保持10s～20s杀菌得到第二出水；
S83.步骤S82中第二出水进行预冷降温至35℃～45℃得到第三出水；
S84.步骤S83中第三出水进行冷却降温至20℃～30℃。
本发明在升温再降温的循环过程中，实现高温瞬时杀菌和为饮用水常温灌装做准备。
优选地，步骤S81中，经第二次杀菌处理的出水与所述第二出水冷热交换实现预加热；同时，步骤S83中，第二出水与经第二次杀菌处理的出水冷热交换实现预冷。采用冷热交换工艺，使得低温经第二次杀菌处理的出水和第二出水发生热量交换，同时实现对常温水的预加热和对高温水的预冷，节能降耗，降低生产成本。
优选地，步骤S82中，第一出水与外接的饱和蒸汽冷热交换实现加热升温，所述饱和蒸汽的温度为135℃～150℃。第一出水温度为80℃～95℃，吸收温度为135℃～150℃的饱和蒸汽的热量后，得到温度升高至105℃～125℃的第二出水，在此温度范围内保持杀菌。
优选地，步骤S84中，第三出水与外接的冷却水冷热交换实现冷却降温，所述冷却水的温度为5℃～15℃。第三出水向温度为5℃～15℃冷却水散发热量后，出水温度降低至20℃～30℃，以实现后续的常温灌装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用多段过滤和多段杀菌工序，源水经密闭管道输送至车间，水处理过程未经曝气过程和臭氧杀菌过程，有效去除源水中的颗粒物、微生物，严格控制出水中的溴酸盐及亚硝酸盐，获得新鲜健康的产品出水；
本发明采用紫外和热力杀菌方式代替传统的臭氧杀菌工艺，能够克服传统臭氧杀菌工艺在天然饮用水生产过程中易生成消毒副产物溴酸盐的缺陷，且能够避免臭氧的使用对周边环境产生影响，具有较好的环保性；
本发明的经第一次杀菌处理的出水可回流至原水箱中，实现循环杀菌，从而有效控制原水在原水箱停留时微生物的繁殖；
本发明根据监测的紫外线强度控制供水或停水，保证处理水流经第一紫外线杀菌器、第二紫外线杀菌器时都能够获得预期的杀菌效果；
本发明采用冷热交换工艺，使得低温经第二次杀菌处理的出水和第二出水发生热量交换，同时实现对常温水的预加热和对高温水的预冷，节能降耗，降低生产成本。
附图说明
图1为实施例一中新鲜健康饮用水的生产方法的流程图；
图2为实施例二中新鲜健康饮用水的生产方法的流程图；
图3为实施例四中三段式板式杀菌装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一
如图1所示为本发明的新鲜健康饮用水的生产方法的第一实施例，包括以下步骤：
S10.获取源水并将源水输送至水处理车间；本实施例的源水可为地下钻井中涌出的天然矿泉水、经山体自净化作用形成的山泉水等自然形成的天然水，天然水采用全封闭管道进行输送，全封闭管道与容器相连接保证天然水在输送和处理过程中不与外界接触，避免二次污染；为避免输送管道和容器对天然水的污染，本实施例的输送管道可为SUS304/316L不锈钢管道，但不作为限制性规定。
S20.步骤S10中源水经第一次过滤去除第一固体颗粒后流入原水箱；本实施例采用袋式过滤器或大通量滤芯截留源水采集过程中带入的10μm以上的砂粒或悬浮物，避免微生物附着在表面形成细菌载体进入原水箱，有效控制源水水体的浊度；为避免原水箱对源水的污染，本实施例的原水箱可为SUS304不锈钢水箱，但不作为限制性规定。
S30.步骤S20中原水箱中的水采用紫外线进行第一次杀菌；本实施例采用第一紫外线杀菌器对水进行辐照杀菌，第一紫外线杀菌器可选用低压紫外线杀菌器或中压紫外线杀菌器，其中：低压紫外线杀菌器可采用处理量为36m3/h的市售管式紫外线消毒设备，但不作为局限性的规定；中压紫外线杀菌器可选用处理量为36m3/h的市售多谱段管式紫外线消毒设备，但不作为本发明的限制性规定。
S40.经步骤S30第一次杀菌处理的出水经第二次过滤去除第二固体颗粒，所述第二固体颗粒的粒径小于第一固体颗粒的粒径；本实施例采用保安过滤器截留细小的第二固体颗粒，去除1μm～10μm的杂质，为获得较好的过滤效果，本实施例的保安过滤器采用深层折叠聚丙烯作为保安过滤器的滤芯，但保安过滤器及其滤芯结构是为了提高截留率的同时减轻阻菌膜系统的处理压力、延长阻菌膜的使用寿命所做的优选，而不作为限制性的规定。
S50.经步骤S40第二次过滤处理的出水流入阻菌膜系统进行第三次过滤去除水中杂质，所述杂质包括颗粒物、有机物、细菌及病毒；本实施例的阻菌膜系统内装有卷式复合膜，借助于选择透过性膜的性能，以压力差为推动力，实现对水中杂质的截留，但阻菌膜系统及卷式复合膜的设置是为了获得更好的分离净化效果而做的优选，而不作为限制本发明的规定。
S60.经步骤S50第三次过滤处理的出水流入中间水箱；为防止中间水箱对水质量的影响，本实施例的中间水箱为SUS304不锈钢水箱；
S70.步骤S60中间水箱中的水采用紫外线进行第二次杀菌；本实施例采用第二紫外线杀菌器对水进行辐照杀菌，第二紫外线杀菌器可选用低压紫外线杀菌器或中压紫外线杀菌器，中压紫外线杀菌器相比于低压紫外线杀菌器，其可发射出波长范围更广的多波长紫外线，紫外线光谱能量被细胞DNA吸收，使其核酸结构遭到破坏，丧失复制能力，达到灭菌效果。本实施例中采用两次中压紫外线杀菌或采用低压紫外线杀菌与中压紫外线杀菌结合的杀菌方式，可获得较好的杀菌效果。
S80.经步骤S70第二次杀菌处理的出水采用冷热交流方式进行第三次杀菌；其中，冷热交流方式包括以下步骤：
S81.经第二次杀菌处理的出水先预加热升温至80℃～95℃得到第一出水；
S82.步骤S81中第一出水加热升温至105℃～125℃并保持10s～20s杀菌得到第二出水；
S83.步骤S82中第二出水进行预冷降温至35℃～45℃得到第三出水；
S84.步骤S83中第三出水进行冷却降温至20℃～30℃。
在升温再降温的循环过程中，彻底杀灭天然矿泉水中细菌、真菌、致病菌、芽孢等微生物，实现高温瞬时杀菌，且能够为饮用水常温罐装做准备。
S90.经步骤S80第三次杀菌处理的出水流入成品水箱，等待灌装。为实现无菌、恒压及定量罐装，本实施例的成品水箱采用全密封卫生级水箱，利用食品级液氮作为成品水箱内部气囊，但本实施例中成品水箱结构及罐装方式是为了实现恒压定量罐装、避免外界空气污染所作出的优选，而不作为限制性规定。
本实施例中，源水流动经三级过滤和三级杀菌工序处理后罐装得到成品水，在整个生产工序中，源水均在封闭的输送管道中进行输送，其流动的动力可来自于设置在输送管道上的供水泵。
经过以上步骤，采用多段过滤和多段杀菌工序，能够有效过滤掉源水中砂粒、悬浮物和细菌，能够彻底杀灭源水中细菌、真菌、致病菌等微生物，保证产品水质安全的同时，能够保持矿泉水、天然水等源水中有益的矿物质和微量元素，保证产品水质新鲜和健康。
实施例二
如图2所示为本发明的新鲜健康饮用水的生产方法的第二实施例，本实施例与实施例一类似，所不同之处在于：
步骤S40中，当阻断经第一次杀菌处理的出水流向第二次过滤工艺时，经第一次杀菌处理的出水回流至原水箱。本实施例可在第一紫外线杀菌器与保安过滤器之间设置第一阀门、在第一紫外线杀菌器与原水箱之间设置第二阀门，通过控制第一阀门关闭、第二阀门开启，即可实现第一紫外线杀菌器的出水回流至原水箱内，可实现循环杀菌，从而有效控制原水在原水箱停留时微生物的繁殖。
实施例三
本实施例为新鲜健康饮用水的生产方法的第三实施例，本实施例与实施例三类似，所不同之处在于：
步骤S70中，采用低压紫外线杀菌时、采用中压紫外线杀菌时均实时监测紫外线辐照强度。本实施例可在第一紫外线杀菌器腔内安装第一光强检测仪、在第二紫外线杀菌器腔内安装第二光强检测仪，用于对紫外线强度进行在线监测。
在第一紫外线杀菌器的一端设有第一输入管道、在第二紫外线杀菌器的一端设有第二管道，用于输入处理水；为赋予处理水以流动动力，在第一管道设有第一供水泵，第二管道设有第二供水泵。第一光强检测仪、第二光强检测仪监测的紫外线强度传送至控制器，若所测紫外线强度低于设定范围最小值或超出设定范围最大值，控制器分别控制第一供水泵、第二供水泵停止供水。
经过以上步骤，根据监测的紫外线强度控制供水或停水，保证处理水流经第一紫外线杀菌器、第二紫外线杀菌器时都能够获得预期的杀菌效果。
实施例四
本实施例为新鲜健康饮用水的生产方法的第四实施例，本实施例与实施例一类似，所不同之处在于：
步骤S81中，经第二次杀菌处理的出水与所述第二出水冷热交换实现预加热；同时，步骤S83中，第二出水与经第二次杀菌处理的出水冷热交换实现预冷。
步骤S82中，第一出水与外接的饱和蒸汽冷热交换实现加热升温，所述饱和蒸汽的温度为135℃～150℃，弥补采用第二出水预加热温度受限的不足。
步骤S84中，第三出水与外接的冷却水冷热交换实现冷却降温，所述冷却水的温度为5℃～15℃，弥补采用经第二次杀菌处理的出水预冷温度受限的不足。
具体地，本实施例中的第三次杀菌可通过三段式板式杀菌装置实现，如图3所示，三段式板式杀菌装置包括第一交换器、第二交换器以及第三交换器：
第一交换器设有第一进水口801、第一出水口802、第二进水口803及第二出水口804，第一进水口801与第一出水口802通过第一管连通，第二进水口803与第二出水口804通过第二管连通，第一管与第二管接触设置；经第二次杀菌处理的常温水在第一管中流动，吸收有饱和蒸汽热量的第二出水在第二管中流动，常温水和第二出水间发生热量交换，常温水实现预热，同时第二出水实现预冷；
第二交换器设有第三进水口805、第三出水口806、第四进水口807及第四出水口808，第三进水口805与第三出水口806通过第三管连通，第四进水口807与第四出水口808通过第四管连通，第三管和第四管接触设置，第四进水口807外接饱和蒸汽；第一管中预热得到的第一出水在第三管中流动，饱和蒸汽在第四管中流动，第一出水吸收饱和蒸汽的热量升温得到第二出水，第二出水流向第二管；
第三交换器包括第五进水口809、第五出水口810、第六进水口811及第六出水口812，第五进水口809与第五出水口810通过第五管连通，第六进水口811与第六出水口812通过第六管连通，第五管和第六管接触设置，第五进水口809外接冷凝液；第二管中预冷得到的第三出水流向第六管，与第五管中流动的冷凝液进行热量交换，第三出水冷却至常温。
无论从地下深处自然涌出的或经钻井采集的天然矿泉水、还是经山体自净化作用形成的山泉水作为源水，其中都有可能含有颗粒物和微生物。为了验证本发明的实施效果，本实施例用于某一矿泉水源处理时，检测到该矿泉水源包含细小砂粒、小粒径固体颗粒及菌落总数为100CFU/mL。
源水经过以上步骤进行处理，第一次过滤截留源水中的细小砂砾，更小粒径的固体颗粒经第二次过滤、第三次过滤截留，经第一道紫外线杀菌可控制水中菌落总数在10CFU/mL以下，经第二道紫外线杀菌，水中99.99％菌落被杀灭，最后经过第三次杀菌热力杀菌，出水菌落检出率为0，从而得到新鲜的产品水。矿泉水源水采用全封闭食品级不锈钢管道输送至车间，保证矿泉水源水的新鲜性；本实施例的源水采用物理过滤和紫外热力结合杀菌的方式进行处理，期间未采用曝气处理，降低了生产过程中水质受污染的风险，保证水质的新鲜性；另外，本实施例还可通过控制半成品灌装时间、产品从生产端到用户端的时间及产品的保质期保证水质的新鲜程度。
经本实施例方法处理得到的出水中亚硝酸盐的浓度相对处理前源水无波动，结果小于0.005mg/L，远低于GB8537规定的0.1mg/L的限量要求；经本实施例方法处理得到的出水中未检测出大肠杆菌、粪链球菌、铜绿假单胞菌、产气荚膜梭菌等微生物；经本实施例方法处理得到的出水中未检测到溴酸盐，这是因为本实施例方法采用紫外杀菌和热力杀菌结合的杀菌方式，半成品水中未投加臭氧杀菌，使得水体中溴化物无法与臭氧结合生成溴酸盐，从而有效避免产品水中溴酸盐超标的风险；因此，本实施例可多角度体现产品出水的安全性和健康性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种新鲜健康饮用水的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.获取源水并将源水输送至水处理车间；
S20.步骤S10中源水经第一次过滤去除第一固体颗粒后流入原水箱；
S30.步骤S20中原水箱中的水采用紫外线进行第一次杀菌；
S40.经步骤S30第一次杀菌处理的出水经第二次过滤去除第二固体颗粒，所述第二固体颗粒的粒径小于第一固体颗粒的粒径；
S50.经步骤S40第二次过滤处理的出水流入阻菌膜系统进行第三次过滤去除水中杂质，所述杂质包括颗粒物、有机物、细菌及病毒；
S60.经步骤S50第三次过滤处理的出水流入中间水箱；
S70.步骤S60中间水箱中的水采用紫外线进行第二次杀菌；
S80.经步骤S70第二次杀菌处理的出水采用冷热交流方式进行第三次杀菌；
S90.经步骤S80第三次杀菌处理的出水流入成品水箱，等待灌装；
步骤S30中第一次杀菌采用低压或中压紫外线进行杀菌，步骤S70中第二次杀菌采用中压或低压紫外线进行杀菌；
步骤S80中，所述冷热交流方式包括以下步骤：
S81.经第二次杀菌处理的出水先预加热升温至80℃～95℃得到第一出水；
S82.步骤S81中第一出水加热升温至105℃～125℃并保持10s～20s杀菌得到第二出水；
S83.步骤S82中第二出水进行预冷降温至35℃～45℃得到第三出水；
S84.步骤S83中第三出水进行冷却降温至20℃～30℃；
步骤S82中，第一出水与外接的饱和蒸汽冷热交换实现加热升温，所述饱和蒸汽的温度为135℃～150℃；第一出水温度为80℃～95℃，吸收温度为135℃～150℃的饱和蒸汽的热量后，得到温度升高至105℃～125℃的第二出水，在此温度范围内保持杀菌；
步骤S84中，第三出水与外接的冷却水冷热交换实现冷却降温，所述冷却水的温度为5℃～15℃；第三出水向温度为5℃～15℃冷却水散发热量后，出水温度降低至20℃～30℃，以实现后续的常温灌装。
2.根据权利要求1所述的新鲜健康饮用水的生产方法，其特征在于，步骤S10中，采用封闭管道输送源水，避免源水与外界接触。
3.根据权利要求1所述的新鲜健康饮用水的生产方法，其特征在于，步骤S40中，第一固体颗粒的直径大于10μm，第二固体颗粒的直径为1μm～10μm。
4.根据权利要求1所述的新鲜健康饮用水的生产方法，其特征在于，步骤S40中，当阻断经第一次杀菌处理的出水流向第二次过滤工艺时，经第一次杀菌处理的出水回流至原水箱。
5.根据权利要求1所述的新鲜健康饮用水的生产方法，其特征在于，步骤S70中，采用低压紫外线杀菌时、采用中压紫外线杀菌时均实时监测紫外线辐照强度。
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