桶装矿泉水生产设备工艺评价分析

摘要：针对桶装矿泉水几种常见工艺进行了分析与探讨，探讨了一滤一杀工艺、一杀一滤工艺、二滤一杀工艺，分析得出不论从经济角度还是过滤效果看, 采用超滤生产矿泉水是非常适宜的。

关键词：过滤；臭氧消毒；超滤

中图分类号：C35文献标识码： A

矿泉水这几年发展较为迅速，各地普遍都建立了许多生产厂。但是，由于各种原因矿泉水产品微生物指标超标、沉淀等问题较为突出。现就矿泉水处理方面的一些工艺技术问题进行以下介绍。

1过滤在矿泉水生产中的应用

矿泉水过滤的对象主要为泥砂、细菌、霉菌、藻类及一些微生物的营养物。由于噬菌体、病毒大小为≥0.01μm，矿泉水中常用≥0.2μm 的滤芯，一般很难将其除净，这一点应引起注意。细菌有时在噬菌体作用下形成微小的颗粒(L 型体)，这种L 型体仅0.1～0.5μm 大小，可通过一般的除菌器，L 型体是有生命力的，在适宜的条件下可复原为正常形态的细菌。已知可形成这种L型体的微生物有抗酸杆菌、伤寒杆菌、巴氏杆菌属、志贺氏杆菌属与梅毒螺旋体等。水处理设备各有优缺点，关键在于怎样扬长避短。

2臭氧消毒在矿泉水生产中的应用

近几年来，矿泉水的市场越来越大。在矿泉水的生产中，杀菌消毒是保证产品卫生质量致关重要的一个环节。矿泉水生产中采用的杀菌方式主要有两种，一种是紫外线杀菌，另一种是臭氧杀菌。紫外线杀菌由于其杀菌强度较弱，无滞后杀菌作用。目前，在该行业中使用厂家逐渐减少。而新建厂家多采用臭氧杀菌法。

在矿泉水生产中，作为包装材料的瓶(桶)和盖会或多或少带入一部分杂菌，矿泉水本身没有抵御杂菌的能力，必须利用臭氧的特性，使水中臭氧浓度达到0.5mg/L以上，才能对包装材料有好的滞后杀菌效果，以大大减少出现卫生质量问题的可能性[1]。

3 几种矿泉水生产工艺评价分析

3.1 滤芯过滤

这种工艺以进口设备多见，流程如图1所示：

图1一滤一杀工艺流程图

此工艺的特点是主要靠不同的孔径的滤芯进行层层由粗到细的过滤， 操作简单，设备体积小，建厂投资少，对操作人员无需什么技术要求。只要及时更换滤芯产品质量，一般是有保障的，而且只要滤芯堵塞，出水减少， 即可更换滤芯，维修更换简捷，无需特殊培训。

归纳这种工艺为一滤(0.2μm) ―杀(臭氧)，前二道或三道滤芯主要起到精滤的作用，阻止大颗粒污染物进入后道0.2μm 的滤芯，延长0.2μm 滤芯的使用寿命。真正除菌、去霉、去藻全靠最后一道0.2μm 的滤芯，它是整个过滤除菌的核心。国内有些厂家也有将阻塞的滤芯经过清洗再次利用的，从节约成本上可以理解，但从水处理角度看，弊端不少，滤芯在设计生产中未考虑再生利用，故人为进行再生清洗，一则过滤膜强度受损，二则滤芯里边一般无法洗净，易使细菌滋生，三则拆洗后由于厂家无法检测有无漏孔或破损，很难保证清洗过的滤芯能有原先的过滤精度和过滤效果, 影响产品质量，特别是最后一级的滤芯，孔径最小，价格最高，精度要求也最高，且最怕受损，直接影响除菌效果。此工艺较适用于浊度较低, 更换滤芯周期较长的矿泉水源，否则生产成本太高，影响生产厂利润。国外公司喜欢推销这种工艺其原因可能是：安装调试简单, 无需技术培训, 任何公司都可;产品调试易达标准；以后更换滤芯仍可获利。但中国地域辽阔，水质水源复杂, 以及其它人为因素，这种工艺, 除少数源水，浊度低，生产量大，产品出厂价格较高外，多数厂家使用效果不好，主要是由于成本太高，另外从微生物角度分析，此工艺对噬菌体的截留作用有限[2]。

3.2 臭氧杀菌

图2一杀一滤工艺流程图

工艺流程如图2所示，原理是用臭氧将源水中的细菌杀死, 然后用过滤的方法将细菌尸体污染物去除。另一说法是先将水氧化，让沉淀物先析出，再通过过滤减少沉淀。此工艺从水处理角度考虑，缺陷较多, 其主要表现为：由于臭氧的强氧化性，一般的过滤材料无法承受；一般用钛金属、陶瓷过滤或氟材料膜，钛板、陶瓷过滤成本相对较低，但钛板、陶瓷在成形、烧结成孔过程中很难保证孔径一致，氟材料膜的滤芯孔径分布好, 但成本相当高；目前臭氧应用中比较难控制水中臭氧含量，因其受臭氧发生量、混合塔的吸收程度、水气混合状态、水源水质等因素影响很大，除少数进口设备带测试装置及一些化学方法外, 多数生产厂无法直接测定水中臭氧含量，其次是臭氧比较活泼、半衰期短, 如果含量过大, 易污染环境, 且易产生副反应, 产生异味或沉淀；过少则达不到除菌的目的。所以实际操作很难，特别是使用一段时间后由于设备老化、维修不及时、混合塔年久失修等因素，水中臭氧含量发生变化，由于无法测定，故无法适时调整；这种工艺除菌主要靠臭氧，但臭氧并不是万能的，当进水浊度大等原因, 存在的细菌含量又过多，进入臭氧的水，由于没有经过一系列精滤，故污物含量较多，细菌完全可能在污物的保护下，无法将其杀净, 影响产品质量；对藻类、霉菌的去除目前有些争议，近些年来许多使用臭氧的厂家细菌指标一般控制的较好，但是霉菌、藻类及沉淀时有发生，当然这不单纯是水方面的问题，瓶、瓶盖、洗瓶、密封等都有影响，但许多用臭氧水洗瓶的厂家也有上述现象，这才使人们从另一个角度重新认识臭氧的作用。从以上的分析可以了解要使矿泉水生产的灭菌效果好，最好用多种方法结合的方式杀菌(臭氧、消毒剂、紫外) 和除菌(过滤)，单靠一种方法杀菌或除菌是不科学、不完善的[2]。

3.3 超滤组合工艺

图3二滤一杀工艺流程图

工艺流程如图3所示，此工艺比较合理，按此工艺流程操作, 使用效果相当理想，超滤水利用率在90 %以内, 即有10 %的水用于清洗，超滤芯使用寿命约二年，最长已达六年，使用成本低, 而超滤可以使用多种反冲、反洗再生装置，不用拆开, 可方便进行再生清洗。且膜孔径为0.01μm , 小于0.3μm 的细菌直径, 且可过滤掉噬菌体, 过滤澄清效果远远优于一般过滤，特别是一些细小的沉淀物及纤维的去除，可有效防止其在成品静置存放过程中自动聚结成大分子而沉淀。从上述流程中不难发现，实际此工艺有二道过滤除菌, 一道杀菌(臭氧)，这三道层层阻挡或杀死细菌，故水的灭菌、去藻、去霉比较有保障，即使其一、二道存在漏孔或失效，仍能保证产品质量。超滤后加保安过滤，特别是在臭氧之后加保安过滤，是现在推广的新工艺, 实际矿泉水生产厂多数在远离城市的农村乡镇, 操作人员的技术力量相对较弱, 虽有超滤、臭氧等能除菌、杀菌, 但细菌、藻类、霉菌都有很强的生命力，如没有及时发现设备运行中的问题，单靠一滤一杀这两种过滤杀菌，就很难保证产品质量, 特别是靠近超滤更换期或频繁再生后的超滤，这种可能性就更大，有了保安过滤器，就可将漏掉的细菌、污物或臭氧混合塔及管路的污物等在灌装前去除。由于正常情况下污物主要靠超滤去除, 所以保安过滤基本无负担，实际的作用类似电工上用的“保险丝”，只有前道过滤有误时才发挥其除菌去杂的作用，但这种工艺投资成本较高，生产管理及日常管理维护较前面几种要复杂，但其产品质量稳定，不论细菌、藻类、霉菌都有较完善的去除效果, 产品不易产生沉淀[2]。

矿泉水界有种说明，认为超滤不但去掉了0.01μm 以上的杂质细菌，也去掉了有效的成份，这实际是对膜技术的一种误解。从许多用超滤的厂家看，这种担心是多余的，0.01μm 的超滤属大孔，其截留分子量在10 万左右， 绝对阻挡不了离子通过。另外, 超滤水的利用问题, 对于矿泉水水量较少的厂， 通过一定的措施， 完全可以和滤芯一样，矿泉的利用率达到100 %，但过滤效果要远远优于单纯使用滤芯。

从以上的分析可以看出，不论从经济角度还是过滤效果看, 采用超滤生产矿泉水是非常适宜的。采用超滤和采用其它过滤设备一样要扬长避短, 主要是注意停机保护、消毒，这样才能充分发挥其过滤精度高, 孔径小可截留细菌、霉菌、藻类、特别是噬菌体及部分微生物营养源的作用。当然根据矿泉水质、地域及其它一些不同情况，选择不同的水处理工艺也是可行的。

参考文献

[1] 尹军，张小雨等．含溴矿泉水臭氧化过程中溴酸盐的生成与控制[J].供水技术，2008，10（12）：1～3．

[2]张小雨.长白山地区天然矿泉水水质特性及健康意义研究.吉林建筑大学硕士学位论文，2009：3～15.

吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目（吉教科字[2014]第242号）

吉林建筑大学青年科技发展基金项目（J20111023）