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應用案例

飲用水處理中銅綠假單胞菌的微生物控制:紫外線消毒對臭氧消毒

文件大。 格式: 發布時間:2017-11-30 瀏覽次數:
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【中文關鍵詞】   
【摘要】 在實地考察包裝飲用水和礦泉水生產企業之后,海諾威公司發現,用臭氧消毒來殺滅水中的銅綠假單胞菌,其一大弊端是會產生溴酸鹽副產物,但降低臭氧濃度又起不到殺菌作用,此時改用紫外線技術。
【部分正文預覽】

 銅綠假單胞菌又名綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa),在自然界分布廣泛,國內外皆有因這種細菌污染飲用水而導致中毒的事件發生,所以飲用水行業必須嚴格控制銅綠假單胞菌。研究證實,銅綠假單胞菌可產生多種外毒素、內毒素等致病因子,是導致急性腸道疾病和皮膚炎癥的完全致病菌。世界衛生組織(WHO)的HACCP評估明確指出銅綠假單胞菌是嬰兒瓶裝飲用水的危害指示菌,可造成嬰兒腹瀉,甚至繼發感染或混合感染的慢性炎癥,引發肺炎、腦膜炎、敗血癥等嚴重急性感染;并且銅綠假單胞菌的生長還將增加水中的亞硝酸鹽含量。

銅綠假單胞菌的掃描電鏡圖像
銅綠假單胞菌(P. aeruginosa)的掃描式電子顯微鏡圖像。

鑒于銅綠假單胞菌的致病性,我國最新的飲用水標準 GB19298-2014《包裝飲用水》和GB8537-2008《飲用天然礦泉水》中都明確規定每250 mL水樣中銅綠假單胞菌不得檢出。但近期,國家和省市組織的包裝飲用水監督抽檢中,銅綠假單胞菌不合格率較高;一般剛出廠的產品中銅綠假單胞菌數較少,在抽樣檢測中也未檢出,但包裝水的消費周期較長,即使5加侖的產品也有15-31天保質期,對有機營養要求較低的銅綠假單胞菌能在其中生長繁殖達104 CFU/mL。于是,能否在灌裝前徹底殺滅銅綠假單胞菌成了讓成品飲用水在保質期內安全健康的重要保障,也成了衡量消毒工藝優劣的重要標準。

海諾威公司www.hanovia.com.cn)的微生物專家調研了國內的主要包裝水企業,大多數一線企業銅綠假單胞菌及微生物控制水平較好,個別一線企業及較多二線企業在微生物控制和溴酸鹽控制上仍然沒有找到很好的平衡點,這是銅綠及微生物超標的主要原因;在國家發布包裝水溴酸鹽控制標準后,所有企業均降低了臭氧的投加濃度和接觸時間,以降低臭氧消毒副產物——溴酸鹽的產生。

而根據WTO規定,臭氧處理的CT值不小于1.6,CT值為臭氧濃度C和持續時間T的乘積,一般要求為0.4 mg/L的臭氧溶解度值,保持4分鐘,即CT值=1.6,但國內大多數企業,特別是生產天然礦泉水的企業,臭氧濃度控制在<0.2 ppm,而沿海地區因為水體溴離子濃度較高,為控制溴酸鹽生成,臭氧添加濃度更低,這勢必要求生產企業采取臭氧消毒以外的在線消毒控制手段。

舉例來說,海諾威曾與國內某礦泉水企業合作,用HACCP體系評價臭氧和二氧化氯作為消毒劑對礦泉水生產加工中的消毒效果(目標微生物包括銅綠假單胞菌)。當利用臭氧消毒時,最佳消毒條件為:臭氧濃度為0.6 mg/L、持續通入臭氧時間為12 min,水樣微生物合格率方能達到99%,但此時溴酸鹽已遠遠超標。

然而,從一些工廠的運行情況來看,用紫外線來控制銅綠假單胞菌則非常有效;因為滅活銅綠假單胞菌的紫外線D10值僅為5.6 mJ/cm2; 紫外線D10值反映的是特定微生物對紫外線的敏感度,即微生物被滅活90%時所需的紫外線劑量,銅綠假單胞菌的D10值低于大多數常見微生物,可見紫外線對銅綠假單胞菌的有效性,但是紫外線照射劑量一定要正確選擇;在銅綠及微生物控制水平較好的一線企業,總體上主要體現在四個方面:

  • 水源保護:在以地下水為水源的企業,水源保護和打井過程中的保護整體比較規范科學;由于地下水本身處在一個缺氧環境,不利于微生物生長,大多數原水中的微生物來源于取水過程本身的二次污染;在采用地表水作為水源的天然水生產企業,在取水源頭即采用紫外線作為源頭在線控制手段,降低后端沙濾、活性炭微生物附著生長的壓力。
  • 水處理車間環境控制:基本能做到車間地面干燥無積水,水處理過程整體密閉;在南方某水廠調研時就發現,該客戶水處理車間積水較多,而且沙濾敞開式設計,原本各項微生物指標為零的地下水經過沙濾、活性炭后微生不可計數,銅綠假單胞菌也達到每百毫升數百個,原本用來提升水質口感的過程變成了一個二次污染重災區。
  • 管路CIP(原位清洗)及SIP(原位滅菌):盡管絕大多數新建的水處理線采用了密閉系統,理論上只要水源沒有二次污染,后端水處理過程,特別是采用熱水或蒸汽原位滅菌,就能杜絕微生物的生長繁殖;可實際上,水處理系統不可能絕對密閉,很多水罐、沙罐和活性炭罐都是通過呼吸器與大氣連通避免氣阻,成就了微生物侵入系統的良好通道,因此間歇性熱水或蒸汽消毒就非常必要,也能同時提升活性炭的吸附容量。
  • 高劑量紫外線消毒作為主要消毒手段:大多數企業要控制溴酸鹽并最大程度降低化學品的使用,只允許投加濃度非常低的臭氧,轉而采用紫外線殺菌的物理手段,而且根據不同控制點的風險采用了不同的紫外線照射劑量。

上述1-3項直接易懂,第4項提到了看似傳統古老的紫外線技術,卻往往是大多數二線企業及少數一線企業的技術盲區;紫外線照射劑量如同臭氧消毒時的藥劑濃度,這是決定殺菌效果好壞的唯一參數。

現行的紫外線消毒技術主要分為低壓紫外線技術和中壓紫外線技術。低壓紫外線能輸出具有消毒效力的253.7 nm單波光譜,但只能破壞微生物DNA的堿基對,在滅活微生物后容易產生光復活及暗修復的問題。

與低壓紫外線技術不同,中壓多譜段紫外線的輸出波長范圍為240 - 280 nm,更具殺菌廣譜性,且輸出強度也遠高于低壓紫外線。因此,中壓紫外線不僅能破壞微生物的DNA結構,而且能破壞細胞內的酶及蛋白質,對微生物組織結構造成全面的、不可逆的傷害,有效克服微生物的復活問題,殺菌更為徹底。除此之外,中壓多譜段紫外線的殺菌環境適應性和監測準確性上也優于低壓紫外線。

不同紫外線技術的光譜輸出特征
不同紫外線技術的光譜輸出特征。

目前,國內大多數企業的飲用水處理工藝流程圖如下圖所示:

紫外線的飲用水處理工藝流程圖
紫外線在礦泉水和天然水中的應用工藝。

此工藝流程充分考慮了不同水處理環節的具體需求,并結合了兩種不同紫外線技術的優勢特點;原水或炭后微生物負荷較高,因此選擇殺菌更為廣譜徹底的中壓紫外線,灌裝前微生物負荷低且設備運行會出現不連續的情況,因而選擇適合頻繁起停的PQ汞齊系列。因為不同微生物對紫外線的耐受能力不同,對于中壓和低壓紫外線照射劑量的選擇,是決定設備使用成敗的另一關鍵控制參數,具體建議向專業的紫外線生產企業咨詢。

海諾威公司簡介:
海諾威紫外線水處理系統有限公司(Hanovia)1924年在英國倫敦成立,專注紫外線技術的研發和應用。90余年與世界范圍內食品、飲料、電子、制藥、水產養殖、泳池SPA以及其他行業內一流企業合作的經驗使我們更了解客戶的需求。我們不僅能夠為您提供最優良的紫外線系統,而且能夠針對工業用水處理及休閑娛樂用水處理提供完整的紫外線技術解決方案。

海諾威是英國豪邁(Halma)的子公司,隸屬于豪邁的環境與分析事業部。1894年創立的英國豪邁如今是全球安全、醫療、環保產業的投資集團,倫敦證券交易所的上市公司,富時指數的成分股,連續38年股息分紅增幅>5%。集團在全球有5000多名員工,近50家子公司,在中國的上海、北京、廣州、成都和沈陽設有代表處,在多地建有工廠。歡迎關注豪邁的官方微博(weibo.com/halma)和微信(HALMACHINA)。

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