中壓紫外線技術在包裝飲用水中的殺菌應用

□ 蔡銘放 上海冬翼光電有限公司

銅綠假單胞菌，又名綠膿杆菌，因其可產生多種外毒素、內毒素等致病因子，是導致急性腸道疾病和皮膚炎症的完全致病菌，故成為包裝飲用水檢測中一項非常重要的指標。鑒於銅綠假單胞菌的致病性，《世界杯賽程預測國家標準 包裝飲用水》(GB 19298-2014)明確規定，每250mL水樣中銅綠假單胞菌不得檢出，並要求出廠前對每批次成品包裝飲用水進行銅綠假單胞菌檢測，若檢出該物質，則為不合格產品，必須召回且停止銷售。

臭氧消毒是目前較為常用的針對包裝飲用水的殺菌方式，但是其存在較大缺陷：通入臭氧含量低，導致許多有害微生物不能被完全殺死;通入臭氧含量高，則容易產生溴酸鹽(一種化學毒性副產物)……由於難以對臭氧消毒劑量進行準確把控，導致包裝飲用水不合格事故頻發，這讓很多生產廠家苦惱不已。因此，作為物理殺菌的紫外線技術由於不會產生任何副產物，使用起來更加放心、安心，越來越受到相關企業的青睞。本文主要介紹了紫外線殺菌技術，以及東芝紫外線設備在包裝飲用水殺菌方麵的應用。

圖1 低壓紫外線與中壓紫外線的波長特征對於殺菌效果的影響

1 紫外線殺菌技術要點

由於紫外線是在接觸水時進行瞬時殺菌，並沒有持續的滅菌作用，故對後續工藝的要求更高。而且在使用紫外線進行殺菌時，如果忽略了以下幾項要點，較容易導致殺菌效果不理想。

①紫外線劑量不夠，導致殺菌不徹底。各種病毒、微生物對紫外線劑量的承受能力差異很大，必須進行科學的設計才能保證有足夠的紫外線劑量。

②後期維護不力，使套管結垢遮擋了紫外線輸出。紫外線設備並不是安裝完畢就可以一勞永逸，後期的設備維護工作也十分重要。因為紫外線是通過光波產生作用，如果汙垢阻擋了光波，便無法發揮其殺菌效果。

③低壓紫外線的殺菌波長單一，部分細菌病毒有可能再度複活。雖然細菌會在紫外線的照射下停止活動,但遇到可視光後細菌仍有可能重新活動，這種現象稱為“光複活”現象。

目前，國內進行水殺菌處理時常采用的紫外線燈幾乎都是低壓燈，雖然其具有殺菌效率高、不產生二次汙染、安全性高、維護費用低等優點，但是也存在光複活、穿透力低等缺點。相對而言，針對食品加工用水、包裝飲用水等殺菌要求較高的水處理問題，中壓紫外線更能滿足用戶的需求。

圖2 東芝紫外線燈的實際數據

2 低壓紫外線與中壓紫外線的區別

2.1 波長特征不同

低壓紫外線燈：殺菌波長單一，主要集中在254nm。由於微生物自身具有修複機製，已經被紫外線殺滅的細菌在光照條件下會部分複活，導致出水的微生物指標未能達標。

中壓紫外線燈：起廣譜殺菌作用，不僅能破壞微生物的DNA結構，還能破壞細胞內的酶及蛋白質，對微生物組織結構造成全麵的、不可逆的傷害，從而有效克服微生物的複活問題，殺菌更為徹底。

圖3 中壓紫外線設備(左)與低壓紫外線設備(右)

2.2 能量密度不同

中壓紫外線燈每單位厘米的能量密度約為低壓紫外線燈的50倍，故其能在確保強大殺菌效果的同時大大減少設備的占地麵積。

2.3 對設備的工藝要求不同

中壓紫外線燈的表麵溫度能達到800℃左右，遠遠高於低壓紫外線燈，這就對設備的安全性及密封性提出了更高的要求。

2.4燈管壽命不同

因為中壓紫外線燈的生產工藝相當複雜，相對於低壓紫外線燈幾千甚至上萬小時的使用壽命來說，目前國內中壓紫外線燈的壽命隻有幾百到一千小時左右，且性能不甚穩定。日本東芝公司在水處理方麵積累了長期的使用經驗，其生產的中壓紫外線燈通過了第三方的對比測試——在工作了7500小時後，照度維持率仍保持在82.6%左右，可謂國際領域首屈一指的品牌。

圖4 東芝紫外線燈與其他品牌產品的照度維持率對比

3 中壓紫外線殺菌技術優勢

中壓紫外線技術由於其廣譜特性，使殺菌更為徹底——可以在飲用純淨水工藝的活性炭後段、礦泉水工藝的錳砂後段等潛在的容易滋生微生物的部位進行把關式滅菌。另外，其可在臭氧塔前段進行徹底滅菌，使水中的微生物指標全部達標，再結合後續臭氧工藝，保證對臭氧塔後段灌裝管路和灌裝時空氣帶進瓶內的細菌進行完全有效的控製。中壓紫外線殺菌技術具有以下幾方麵技術優勢：

①更大的殺菌廣譜性;

②中壓紫外線殺菌技術殺菌效果徹底且穩定;

③采用CFD RED劑量選型模式，殺菌效果可控。

4 中壓紫外線設備在瓶裝水消毒中的應用

4.1 純淨水消毒

在此過程安裝中壓紫外線設備的作用：

①降低活性炭後工藝環節的微生物負荷及壓力;

②減少微濾攔截的微生物在膜表麵形成生物膜;

③降低膜穿孔風險和微生物穿透風險;

④提高膜的使用壽命和過水麵積;

⑤降低RO膜的清洗頻率;

⑥減輕後端臭氧消毒的壓力，降低臭氧的添加量，改善車間工作環境。

圖5 中壓紫外線設備在純淨水消毒中的應用流程

4.2 礦泉水消毒

中壓紫外線設備在礦泉水消毒中的流程為：地下水→原水泵→錳砂除鐵→錳砂除錳→1級中壓紫外線設備→膜濾→產品水箱→2級中壓紫外線設備→臭氧混合塔→灌裝線。

在此過程安裝中壓紫外線設備的作用如下：

①1級中壓紫外線設備從源頭控製致病菌總數，從而保證後續係統不再受前工序細菌的積累性汙染;

②2級中壓紫外線設備將中間過程，包括膜濾、產品水箱滋生的致病菌微生物全麵性殺滅，保證進臭氧混合塔前的水中微生物達標;

③降低後端臭氧的添加量，有效降低溴酸鹽濃度，還能減少可同化有機碳(AOC)。

圖6 中壓紫外線設備在產品線中的應用場景

4.3 山泉水消毒

中壓紫外線設備在山泉水消毒中的流程為：山泉水→砂濾→錳濾→活性炭→1級中壓紫外線設備→UF超濾→水箱→投加臭氧→灌裝線。

在此過程安裝中壓紫外線設備具有如下作用：

①將通過錳砂和活性炭之後的水中的目標微生物控製到最低程度;

②保證後管路和設備沒有目標微生物汙染;

③保護UF，使其清洗周期相對延長。

圖7 使用中壓紫外線殺菌器前後檢測結果對比

5 典型合作案例介紹

上海冬翼光電有限公司作為日本東芝特種光源在中國唯一的代理公司，同東芝紫外線光電部門攜手合作，在包裝飲用水行業應用領域積累了大量的案例和經驗。其用戶之一——尤熹橋亭山泉水有限公司坐落於福建省三明市，擁有2000平方米的智能化生產廠房，是一家集研發、生產，以及推廣各類桶裝、瓶裝水為一體的現代化高科技企業。冬翼中壓紫外線殺菌器等設備於2018年12月在該公司安裝投產使用，並安全運行至今。通過第三方機構檢測，成品水中的銅綠假單胞菌抽檢均達標。由此可見，冬翼中壓紫外線殺菌器能以高效徹底殺菌及無毒副產物的優勢為產品品質保駕護航。