□ 蔡銘放 上海冬翼光電有限公司

銅綠假單胞菌，又名綠膿桿菌，因其可產(chǎn)生多種外毒素、內(nèi)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，故成為包裝飲用水檢測中一項非常重要的指標。鑒于銅綠假單胞菌的致病性，《食品安全國家標準 包裝飲用水》(GB 19298-2014)明確規(guī)定，每250mL水樣中銅綠假單胞菌不得檢出，并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(zhì)，則為不合格產(chǎn)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(chǎn)生溴酸鹽（一種化學毒性副產(chǎn)物）……由于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(fā)，這讓很多生產(chǎn)廠家苦惱不已。因此，作為物理殺菌的紫外線技術(shù)由于不會產(chǎn)生任何副產(chǎn)物，使用起來更加放心、安心，越來越受到相關(guān)企業(yè)的青睞。本文主要介紹了紫外線殺菌技術(shù)，以及東芝紫外線設(shè)備在包裝飲用水殺菌方面的應用。

圖1 低壓紫外線與中壓紫外線的波長特征對于殺菌效果的影響

圖2 東芝紫外線燈的實際數(shù)據(jù)

1 紫外線殺菌技術(shù)要點

由于紫外線是在接觸水時進行瞬時殺菌，并沒有持續(xù)的滅菌作用，故對后續(xù)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(shè)計才能保證有足夠的紫外線劑量。

②后期維護不力，使套管結(jié)垢遮擋了紫外線輸出。紫外線設(shè)備并不是安裝完畢就可以一勞永逸，后期的設(shè)備維護工作也十分重要。因為紫外線是通過光波產(chǎn)生作用，如果污垢阻擋了光波，便無法發(fā)揮其殺菌效果。

圖3 中壓紫外線設(shè)備（左）與低壓紫外線設(shè)備（右）

③低壓紫外線的殺菌波長單一，部分細菌病毒有可能再度復活。雖然細菌會在紫外線的照射下停止活動,但遇到可視光后細菌仍有可能重新活動，這種現(xiàn)象稱為“光復活”現(xiàn)象。

目前，國內(nèi)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(chǎn)生二次污染、安全性高、維護費用低等優(yōu)點，但是也存在光復活、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。

2 低壓紫外線與中壓紫外線的區(qū)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。由于微生物自身具有修復機制，已經(jīng)被紫外線殺滅的細菌在光照條件下會部分復活，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(jié)構(gòu)，還能破壞細胞內(nèi)的酶及蛋白質(zhì)，對微生物組織結(jié)構(gòu)造成全面的、不可逆的傷害，從而有效克服微生物的復活問題，殺菌更為徹底。

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(shè)備的占地面積。

圖4 東芝紫外線燈與其他品牌產(chǎn)品的照度維持率對比

2.3 對設(shè)備的工藝要求不同

中壓紫外線燈的表面溫度能達到800℃左右，遠遠高于低壓紫外線燈，這就對設(shè)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(chǎn)工藝相當復雜，相對于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(nèi)中壓紫外線燈的壽命只有幾百到一千小時左右，且性能不甚穩(wěn)定。日本東芝公司在水處理方面積累了長期的使用經(jīng)驗，其生產(chǎn)的中壓紫外線燈通過了第三方的對比測試—在工作了7500小時后，照度維持率仍保持在82.6%左右，可謂國際領(lǐng)域首屈一指的品牌。

表1 飲用水常見微生物的D10RED值

3 中壓紫外線殺菌技術(shù)優(yōu)勢

中壓紫外線技術(shù)由于其廣譜特性，使殺菌更為徹底—可以在飲用純凈水工藝的活性炭后段、礦泉水工藝的錳砂后段等潛在的容易滋生微生物的部位進行把關(guān)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(jié)合后續(xù)臭氧工藝，保證對臭氧塔后段灌裝管路和灌裝時空氣帶進瓶內(nèi)的細菌進行完全有效的控制。中壓紫外線殺菌技術(shù)具有以下幾方面技術(shù)優(yōu)勢：

①更大的殺菌廣譜性；

②中壓紫外線殺菌技術(shù)殺菌效果徹底且穩(wěn)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(shè)備在瓶裝水消毒中的應用

4.1 純凈水消毒

在此過程安裝中壓紫外線設(shè)備的作用：

①降低活性炭后工藝環(huán)節(jié)的微生物負荷及壓力；

②減少微濾攔截的微生物在膜表面形成生物膜；

圖5 中壓紫外線設(shè)備在純凈水消毒中的應用流程

圖6 中壓紫外線設(shè)備在產(chǎn)品線中的應用場景

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面積；

⑤降低RO膜的清洗頻率；

⑥減輕后端臭氧消毒的壓力，降低臭氧的添加量，改善車間工作環(huán)境。

4.2 礦泉水消毒

中壓紫外線設(shè)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(shè)備→膜濾→產(chǎn)品水箱→2級中壓紫外線設(shè)備→臭氧混合塔→灌裝線。

在此過程安裝中壓紫外線設(shè)備的作用如下：

①1級中壓紫外線設(shè)備從源頭控制致病菌總數(shù)，從而保證后續(xù)系統(tǒng)不再受前工序細菌的積累性污染；

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

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

4.3 山泉水消毒

中壓紫外線設(shè)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(shè)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(shè)備具有如下作用：

①將通過錳砂和活性炭之后的水中的目標微生物控制到最低程度；

②保證后管路和設(shè)備沒有目標微生物污染；

③保護UF，使其清洗周期相對延長。

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(yè)應用領(lǐng)域積累了大量的案例和經(jīng)驗。其用戶之一—尤熹橋亭山泉水有限公司坐落于福建省三明市，擁有2000平方米的智能化生產(chǎn)廠房，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)，以及推廣各類桶裝、瓶裝水為一體的現(xiàn)代化高科技企業(yè)。冬翼中壓紫外線殺菌器等設(shè)備于2018年12月在該公司安裝投產(chǎn)使用，并安全運行至今。通過第三方機構(gòu)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(chǎn)物的優(yōu)勢為產(chǎn)品品質(zhì)保駕護航。

圖7 使用中壓紫外線殺菌器前后檢測結(jié)果對比