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饮用水处理中铜绿假单胞菌的微生物控制:紫外线消毒对臭氧消毒

文件大小: 格式: 发布时间:2017-11-30 浏览次数:
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【摘要】 在实地考察包装饮用水和矿泉水生产企业之后,海诺威公司发现,用臭氧消毒来杀灭水中的铜绿假单胞菌,其一大弊端是会产生溴酸盐副产物,但降低臭氧浓度又起不到杀菌作用,此时改用紫外线技术。
【部分正文预览】

 铜绿假单胞菌又名绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa),在自然界分布广泛,国内外皆有因这种细菌污染饮用水而导致中毒的事件发生,所以饮用水行业必须严格控制铜绿假单胞菌。研究证实,铜绿假单胞菌可产生多种外毒素、内毒素等致病因子,是导致急性肠道疾病和皮肤炎症的完全致病菌。世界卫生组织(WHO)的HACCP评估明确指出铜绿假单胞菌是婴儿瓶装饮用水的危害指示菌,可造成婴儿腹泻,甚至继发感染或混合感染的慢性炎症,引发肺炎、脑膜炎、败血症等严重急性感染;并且铜绿假单胞菌的生长还将增加水中的亚硝酸盐含量。

铜绿假单胞菌的扫描电镜图像
铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)的扫描式电子显微镜图像。

鉴于铜绿假单胞菌的致病性,我国最新的饮用水标准 GB19298-2014《包装饮用水》和GB8537-2008《饮用天然矿泉水》中都明确规定每250 mL水样中铜绿假单胞菌不得检出。但近期,国家和省市组织的包装饮用水监督抽检中,铜绿假单胞菌不合格率较高;一般刚出厂的产品中铜绿假单胞菌数较少,在抽样检测中也未检出,但包装水的消费周期较长,即使5加仑的产品也有15-31天保质期,对有机营养要求较低的铜绿假单胞菌能在其中生长繁殖达104 CFU/mL。于是,能否在灌装前彻底杀灭铜绿假单胞菌成了让成品饮用水在保质期内安全健康的重要保障,也成了衡量消毒工艺优劣的重要标准。

海诺威公司www.hanovia.com.cn)的微生物专家调研了国内的主要包装水企业,大多数一线企业铜绿假单胞菌及微生物控制水平较好,个别一线企业及较多二线企业在微生物控制和溴酸盐控制上仍然没有找到很好的平衡点,这是铜绿及微生物超标的主要原因;在国家发布包装水溴酸盐控制标准后,所有企业均降低了臭氧的投加浓度和接触时间,以降低臭氧消毒副产物——溴酸盐的产生。

而根据WTO规定,臭氧处理的CT值不小于1.6,CT值为臭氧浓度C和持续时间T的乘积,一般要求为0.4 mg/L的臭氧溶解度值,保持4分钟,即CT值=1.6,但国内大多数企业,特别是生产天然矿泉水的企业,臭氧浓度控制在<0.2 ppm,而沿海地区因为水体溴离子浓度较高,为控制溴酸盐生成,臭氧添加浓度更低,这势必要求生产企业采取臭氧消毒以外的在线消毒控制手段。

举例来说,海诺威曾与国内某矿泉水企业合作,用HACCP体系评价臭氧和二氧化氯作为消毒剂对矿泉水生产加工中的消毒效果(目标微生物包括铜绿假单胞菌)。当利用臭氧消毒时,最佳消毒条件为:臭氧浓度为0.6 mg/L、持续通入臭氧时间为12 min,水样微生物合格率方能达到99%,但此时溴酸盐已远远超标。

然而,从一些工厂的运行情况来看,用紫外线来控制铜绿假单胞菌则非常有效;因为灭活铜绿假单胞菌的紫外线D10值仅为5.6 mJ/cm2; 紫外线D10值反映的是特定微生物对紫外线的敏感度,即微生物被灭活90%时所需的紫外线剂量,铜绿假单胞菌的D10值低于大多数常见微生物,可见紫外线对铜绿假单胞菌的有效性,但是紫外线照射剂量一定要正确选择;在铜绿及微生物控制水平较好的一线企业,总体上主要体现在四个方面:

  • 水源保护:在以地下水为水源的企业,水源保护和打井过程中的保护整体比较规范科学;由于地下水本身处在一个缺氧环境,不利于微生物生长,大多数原水中的微生物来源于取水过程本身的二次污染;在采用地表水作为水源的天然水生产企业,在取水源头即采用紫外线作为源头在线控制手段,降低后端沙滤、活性炭微生物附着生长的压力。
  • 水处理车间环境控制:基本能做到车间地面干燥无积水,水处理过程整体密闭;在南方某水厂调研时就发现,该客户水处理车间积水较多,而且沙滤敞开式设计,原本各项微生物指标为零的地下水经过沙滤、活性炭后微生不可计数,铜绿假单胞菌也达到每百毫升数百个,原本用来提升水质口感的过程变成了一个二次污染重灾区。
  • 管路CIP(原位清洗)及SIP(原位灭菌):尽管绝大多数新建的水处理线采用了密闭系统,理论上只要水源没有二次污染,后端水处理过程,特别是采用热水或蒸汽原位灭菌,就能杜绝微生物的生长繁殖;可实际上,水处理系统不可能绝对密闭,很多水罐、沙罐和活性炭罐都是通过呼吸器与大气连通避免气阻,成就了微生物侵入系统的良好通道,因此间歇性热水或蒸汽消毒就非常必要,也能同时提升活性炭的吸附容量。
  • 高剂量紫外线消毒作为主要消毒手段:大多数企业要控制溴酸盐并最大程度降低化学品的使用,只允许投加浓度非常低的臭氧,转而采用紫外线杀菌的物理手段,而且根据不同控制点的风险采用了不同的紫外线照射剂量。

上述1-3项直接易懂,第4项提到了看似传统古老的紫外线技术,却往往是大多数二线企业及少数一线企业的技术盲区;紫外线照射剂量如同臭氧消毒时的药剂浓度,这是决定杀菌效果好坏的唯一参数。

现行的紫外线消毒技术主要分为低压紫外线技术和中压紫外线技术。低压紫外线能输出具有消毒效力的253.7 nm单波光谱,但只能破坏微生物DNA的碱基对,在灭活微生物后容易产生光复活及暗修复的问题。

与低压紫外线技术不同,中压多谱段紫外线的输出波长范围为240 - 280 nm,更具杀菌广谱性,且输出强度也远高于低压紫外线。因此,中压紫外线不仅能破坏微生物的DNA结构,而且能破坏细胞内的酶及蛋白质,对微生物组织结构造成全面的、不可逆的伤害,有效克服微生物的复活问题,杀菌更为彻底。除此之外,中压多谱段紫外线的杀菌环境适应性和监测准确性上也优于低压紫外线。

不同紫外线技术的光谱输出特征
不同紫外线技术的光谱输出特征。

目前,国内大多数企业的饮用水处理工艺流程图如下图所示:

紫外线的饮用水处理工艺流程图
紫外线在矿泉水和天然水中的应用工艺。

此工艺流程充分考虑了不同水处理环节的具体需求,并结合了两种不同紫外线技术的优势特点;原水或炭后微生物负荷较高,因此选择杀菌更为广谱彻底的中压紫外线,灌装前微生物负荷低且设备运行会出现不连续的情况,因而选择适合频繁起停的PQ汞齐系列。因为不同微生物对紫外线的耐受能力不同,对于中压和低压紫外线照射剂量的选择,是决定设备使用成败的另一关键控制参数,具体建议向专业的紫外线生产企业咨询。

海诺威公司简介:
海诺威紫外线水处理系统有限公司(Hanovia)1924年在英国伦敦成立,专注紫外线技术的研发和应用。90余年与世界范围内食品、饮料、电子、制药、水产养殖、泳池SPA以及其他行业内一流企业合作的经验使我们更了解客户的需求。我们不仅能够为您提供最优良的紫外线系统,而且能够针对工业用水处理及休闲娱乐用水处理提供完整的紫外线技术解决方案。

海诺威是英国豪迈(Halma)的子公司,隶属于豪迈的环境与分析事业部。1894年创立的英国豪迈如今是全球安全、医疗、环保产业的投资集团,伦敦证券交易所的上市公司,富时指数的成分股,连续38年股息分红增幅>5%。集团在全球有5000多名员工,近50家子公司,在中国的上海、北京、广州、成都和沈阳设有代表处,在多地建有工厂。欢迎关注豪迈的官方微博(weibo.com/halma)和微信(HALMACHINA)。

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