臭氧聯(lián)合中壓紫外線殺菌在包裝飲用水中的應(yīng)用

摘 要：通過臭氧聯(lián)合中壓紫外線殺菌的方法，探索有效的殺菌條件，為包裝飲用水行業(yè)提供技術(shù)參考，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障人們的飲水健康。本文闡述了目前在飲用水生產(chǎn)過程中廣泛使用的消毒殺菌方法，臭氧殺菌和紫外線殺菌，分析兩種殺菌方式的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種臭氧聯(lián)合中壓紫外線殺菌的裝置，通過試驗(yàn)驗(yàn)證其是否能夠有效控制微生物，降低溴酸鹽的含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中壓紫外線有明顯的殺菌效果，將中壓紫外線和臭氧聯(lián)合殺菌與單一臭氧殺菌進(jìn)行比較，聯(lián)合殺菌技術(shù)使用臭氧濃度為0.05 mg·mL-1時(shí)殺菌效果優(yōu)于單一臭氧殺菌效果，且溴酸鹽含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。聯(lián)合殺菌能在保證消毒副產(chǎn)物溴酸鹽不超標(biāo)的情況下做到完全滅菌，更好地平衡微生物控制與消毒副產(chǎn)物之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：包裝飲用水；臭氧；中壓紫外線；殺菌

Abstract： Through the method of ozone combined with medium-pressure ultraviolet sterilization， the conditions for effective sterilization are explored， which provides technical reference for the packaged drinking water industry， improves product quality， and protects the health of drinking water for the masses. In this paper， the disinfection and sterilization methods widely used in the production process of drinking water， ozone sterilization and ultraviolet sterilization， analyzed the advantages and disadvantages of the two sterilization methods， and designed a device for ozone combined with medium-pressure ultraviolet sterilization， and verified whether it can effectively control microorganisms and reduce the content of bromate through experiments. The result showed that medium-pressure ultraviolet light has obvious sterilization effect， the combined sterilization of medium-pressure ultraviolet and ozone is compared with single ozone sterilization， the combined sterilization technology uses ozone concentration of"0.05 mg·L-1 when the sterilization effect is better than that of a single ozone sterilization effect， and the bromate content meets the requirements of the national standard. Combined sterilization can achieve complete sterilization under the condition of ensuring that the bromate of disinfection by-products does not exceed the standard， and better balance the relationship between microbial control and disinfection by-products.

《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 包裝飲用水》（GB 19298—2014）[1]和《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 飲用天然礦泉水》（GB 8537—2018）[2]中規(guī)定溴酸鹽含量≤0.01 mg·L-1，銅綠假單胞菌不得檢出。多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)為保證抑菌的有效性和防止消毒副產(chǎn)物溴酸鹽超標(biāo)，在生產(chǎn)過程中將臭氧加入量普遍控制在0.05～0.20 mg·L-1，但不可避免會(huì)出現(xiàn)溴酸鹽超標(biāo)的現(xiàn)象。溴酸鹽的生成原理相對(duì)復(fù)雜，影響因素較多，其中溴化物濃度和臭氧濃度是主要的影響因素。溴化物的濃度會(huì)隨著水源水的流動(dòng)不斷發(fā)生變化[3]，不易持續(xù)監(jiān)控；若降低臭氧濃度，不能確保全部微生物被殺滅，產(chǎn)品的質(zhì)量安全會(huì)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

中壓紫外線殺菌具有高效廣譜殺菌性，無二次污染，安裝操作簡(jiǎn)便，但其殺菌不夠徹底，可能會(huì)出現(xiàn)細(xì)菌復(fù)活現(xiàn)象，需要用≤0.45 μm的濾膜過濾。濾膜需要定期更換清洗，以防細(xì)菌的二次滋生；若水處理前段過濾不徹底，水體濁度較高，紫外線殺菌效果則難以保證。研究表明，大劑量或往復(fù)多道照射滅菌易將硝酸鹽轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽，增加亞硝酸鹽超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)[4]。這表明現(xiàn)階段常規(guī)單一的殺菌方式已不能與企業(yè)生產(chǎn)工藝需求相適應(yīng)。

紫外線聯(lián)合臭氧殺菌的方式不僅能減少臭氧使用量、降低溴酸鹽生成量，還能再通過紫外線殺菌控制微生物的數(shù)量，改進(jìn)工藝的完善性。本文聯(lián)合當(dāng)?shù)厮幚碓O(shè)備制造企業(yè)，設(shè)計(jì)制造出一種中壓紫外線聯(lián)合臭氧殺菌裝置，旨在找到最佳的工藝條件，為生產(chǎn)企業(yè)提供參考，進(jìn)而提高產(chǎn)品的合格率。本文主要研究紫外線殺菌裝置的殺菌效果，不同臭氧濃度對(duì)殺菌效果及溴酸鹽含量的影響，并驗(yàn)證紫外線聯(lián)合臭氧殺菌裝置的殺菌效果及溴酸鹽生成量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

溴化物標(biāo)準(zhǔn)品和NO2-標(biāo)準(zhǔn)品，濃度1 000 μg·mL-1，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；菌落總數(shù)-營(yíng)養(yǎng)瓊脂和銅綠假單胞菌-CN瓊脂，北京陸橋。

ICS-6000離子色譜儀，Thermo Fisher；Lambda 365紫外分光光度計(jì)，PE公司；LRH-250生化培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；ME204E電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；2TPH紫外線裝置，fluidSmile；SOZ-YOB-30G臭氧發(fā)生器，廣州大環(huán)臭氧科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)水樣和管路連接

水源水為某廠區(qū)生產(chǎn)線上的天然水源水，中壓紫外線和臭氧聯(lián)合殺菌裝置兩部分可獨(dú)立使用，在廠區(qū)原有的管路上，此裝置取代了殺菌裝置，前段的介質(zhì)過濾（砂濾、炭濾、膜過濾）和消殺后的灌裝等未發(fā)生任何變化。

1.2.2 中壓紫外線裝置的殺菌效果

開啟廠區(qū)的天然水生產(chǎn)管路，中壓紫外線和臭氧聯(lián)合殺菌裝置只開啟中壓紫外線消殺部分。在企業(yè)采集水源水、水源水經(jīng)過介質(zhì)過濾后紫外線殺菌前和紫外線殺菌后的水樣，采集過程均為無菌操作，避免人為污染。檢測(cè)3種水樣的菌落總數(shù)，通過比較消殺前后水中菌落總數(shù)的結(jié)果，判斷此中壓紫外線裝置的殺菌效果。

1.2.3 不同臭氧濃度的殺菌效果

開啟廠區(qū)的天然水生產(chǎn)管路，中壓紫外線和臭氧聯(lián)合殺菌裝置只開啟臭氧消殺部分。根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果可知溴酸鹽的生成量與水源水中溴化物的濃度呈正相關(guān)，但水源水如果沒有發(fā)生較大變化，溴化物的濃度趨于穩(wěn)定，經(jīng)測(cè)定該廠的水源水中溴化物濃度為0.1 mg·L-1，在測(cè)試時(shí)只改變另一個(gè)引起溴酸鹽超標(biāo)的主要因素—臭氧濃度，將臭氧濃度設(shè)置為0.05、0.10、0.15 mg·L-1和0.20 mg·L-1。水源水經(jīng)前段介質(zhì)過濾后，使用臭氧殺菌，通過比較不同臭氧濃度消殺后的水中溴酸鹽含量、菌落總數(shù)和銅綠假單胞菌檢出情況，找到既可以殺滅細(xì)菌，溴酸鹽也不超標(biāo)的平衡點(diǎn)。

1.2.4 中壓紫外線和臭氧聯(lián)合的殺菌效果

開啟廠區(qū)的天然水生產(chǎn)管路，水源水經(jīng)前段介質(zhì)過濾后，使用中壓紫外線和臭氧聯(lián)合殺菌，臭氧濃度設(shè)置為0.05～0.20 mg·L-1，檢測(cè)消殺后水中微生物指標(biāo)、溴酸鹽、亞硝酸鹽的結(jié)果，驗(yàn)證此裝置是否能有效殺菌、控制消毒副產(chǎn)物的含量且不引入新的污染物。

1.3 指標(biāo)檢測(cè)

菌落總數(shù)按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》（GB 4789.2—2022）進(jìn)行測(cè)定[5]；亞硝酸鹽和銅綠假單胞菌檢驗(yàn)按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》（GB 8538—2022）進(jìn)行測(cè)定[6]；溴化物檢驗(yàn)按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法：第5部分 無機(jī)非金屬指標(biāo)》（GB/T 5750.5—2023）[7]進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫外線裝置殺菌效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照1.2.2的方法采集水樣，按照1.3的方法進(jìn)行檢測(cè)。水源水中菌落總數(shù)為46 CFU·mL-1、紫外線殺菌前水中的菌落總數(shù)為86 CFU·mL-1、紫外線殺菌后水中的菌落總數(shù)為3 CFU·mL-1。紫外線殺菌前水中的菌落總數(shù)高于水源水中菌落總數(shù)，說明消殺前端的過濾過程中存在二次污染；殺菌后水中存在個(gè)別菌落，但其菌落形態(tài)不是銅綠假單胞菌，經(jīng)分析鑒定可能是少動(dòng)鞘氨醇單胞菌。經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，此中壓紫外線裝置可以做到真實(shí)有效的消殺。

2.2 不同臭氧濃度對(duì)殺菌效果及溴酸鹽含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照1.2.3的方法采集，檢測(cè)結(jié)果見表1。溴酸鹽的含量隨著臭氧濃度的增加隨之增大，臭氧濃度在0.05～0.15 mg·L-1時(shí)，溴酸鹽的含量增加較多，這與魯金鳳等[8]的研究結(jié)果一致。臭氧殺菌濃度為0.05 mg·L-1時(shí)，檢出一個(gè)菌落，銅綠假單胞菌未檢出，隨著臭氧濃度的增加，微生物指標(biāo)得到控制。

2.3 中壓紫外線和臭氧聯(lián)合殺菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照1.2.4的方法進(jìn)行采集，檢測(cè)結(jié)果見表2。開啟紫外線殺菌裝置，臭氧濃度為0.05 mg·L-1時(shí)就可以控制微生物指標(biāo)，并且沒有出現(xiàn)亞硝酸鹽超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。所以，當(dāng)水源水中溴化物濃度為0.1 mg·L-1時(shí)紫外線功率為40 mJ·cm-3，臭氧濃度為0.05 mg·L-1，即可有效控制微生物指標(biāo)，溴酸鹽也不超標(biāo)，微生物指標(biāo)與消毒副產(chǎn)物達(dá)到平衡。

3 結(jié)論與討論

中壓紫外線和臭氧聯(lián)合殺菌時(shí)，若生產(chǎn)管路不被污染，介質(zhì)過濾有效阻攔大多微生物后，臭氧濃度較低，聯(lián)合中壓紫外線殺滅細(xì)菌，再進(jìn)行攔截過濾，既能實(shí)現(xiàn)徹底殺菌，又能減少消毒劑的使用。這種方法不僅確保了消毒副產(chǎn)物溴酸鹽不超標(biāo)，還達(dá)到了高效殺菌的目的。將其應(yīng)用于飲用天然水、礦泉水的生產(chǎn)，替代了單一的臭氧殺菌方式，確保產(chǎn)品的品質(zhì)。而且目前大多生產(chǎn)企業(yè)采用的是臭氧殺菌，若在工藝上加裝紫外線殺菌裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，企業(yè)成本負(fù)擔(dān)不大。

飲用水在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)廠家應(yīng)從源頭控制水源水，定期監(jiān)測(cè)；對(duì)管路進(jìn)行定期清洗、清潔或更換；對(duì)生產(chǎn)車間定期消殺，灌裝間滿足《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 包裝飲用水生產(chǎn)衛(wèi)生規(guī)范》（GB 19304—2018）[9]要求，不留任何衛(wèi)生死角。此外，應(yīng)全過程控制包裝容器，控制消毒劑的使用及含量，實(shí)現(xiàn)不過度消毒，降低消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，達(dá)到微生物及消毒副產(chǎn)物持續(xù)有效控制與平衡。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì).食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 包裝飲用水：GB 19298—2014[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 飲用天然礦泉水：GB 8537—2018[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[3]吳小勇，李雪雪，李小鵬，等.包裝飲用水臭氧處理過程中溴酸鹽的生成與控制研究[J].中國(guó)食品藥品監(jiān)管，2023（6）：74-79.

[4]葛明明.包裝飲用水微生物及消毒副產(chǎn)物的控制與平衡[J].凈水技術(shù)，2024，43（9）：44-53.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定：GB 4789.2—2022[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2022.

[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法：GB 8538—2022[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2022.

[7]國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法：第5部分 無機(jī)非金屬指標(biāo)：GB/T 5750.5—2023[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2023.

[8]魯金鳳，張勇，王藝，等.溴酸鹽的形成機(jī)制與控制方法研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2010，36（11）：5-10.

[9]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 包裝飲用水生產(chǎn)衛(wèi)生規(guī)范：GB 19304—2018[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

基金項(xiàng)目：咸陽市二〇二三年重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“中壓紫外線和臭氧聯(lián)合殺菌技術(shù)在包裝飲用水生產(chǎn)中的應(yīng)用”（L2023-ZDYF-SF-082）。

作者簡(jiǎn)介：吳小勇（1977—），男，陜西咸陽人，本科，高級(jí)工程師。研究方向：食品藥品安全、質(zhì)量管理、檢驗(yàn)檢測(cè)、茶葉評(píng)審等。