中压紫外线消毒避免矿泉水生产中的溴酸盐 中压紫外线消毒避免矿泉水生产中的溴酸盐 徐莹 英国豪迈集团北京代表处 引言 引言 1993 年世界卫生组织在 饮用水水质准则 中， 将水中溴酸盐的限值定为 0.025mg/L， 2004 年修改为 0.01mg/L。欧盟规定饮用水中溴酸盐浓度为 0.003mg/L，美国环保局（EPA）饮用水标准中，也对溴酸盐的最高允许浓度做了相应规定（0.01mg/L）1。2006 年，我国国家标准委下达了 饮用天然矿泉水国家标准修订计划，并对矿泉水中溴酸盐问题进行了多次研究，参照有关国际组织和国家对溴酸盐限值的规定，将国家标准中溴酸盐限值初定为 0.01mg/L，与世界卫生组织的标准一致。2008 年 7 月，中国质量监督检验和检疫局对饮用水和矿泉水的国家质量标准进行了修订，修订稿中也建议矿泉水中溴酸盐的最大值为 0.01mg/L。同月，国家质检总局开展了瓶装水中溴酸盐国家监督专项抽查工作。 在已经进行了检测的104种瓶装水中， 有13种产品溴酸盐含量超过 生活饮用水卫生标准的限量要求1。各地质检部门已通知这些产品生产企业立即进行整改。目前，国家质检总局正在组织开展专项检查，要求所有生产企业加强工艺控制，保证矿泉水溴酸盐含量符合饮用水标准。在一个规范日益严格和安全安全问题日益受到关注的市场上，正如食品行业一样，瓶装水行业（食品加工和饮料制造业）不得不按照更高标要求自己，以确保食品安全和饮用水安全。 从瓶装水行业来看，无论水源源头是泉水、井水、地表水，还是经市政处理的自来水，都需要经过严格的处理，首先要保障的是用水安全，也就是水中不含有对人体有毒有害的成分，这其中包括隐孢子虫、贾第鞭毛虫、大肠杆菌，或者其他病原体与致病微生物。由于早期我国很少使用臭氧对水进行消毒，因此，在 2006 年之前我国 饮用天然矿泉水国家标准未制定溴酸盐限量要求。但近年来，矿泉水企业普遍采用臭氧杀菌工艺，致使溴酸盐现象凸显出来。 溴酸盐的生成及对人体的危害 溴酸盐的生成及对人体的危害 饮用水或瓶装水化学消毒法主要包括液氯消毒、二氧化氯消毒和臭氧消毒，其中，臭氧消毒因副产物的危害明显低于氯消毒副产物和二氧化氯消毒副产物的危害， 因此更广泛应用， 特别是在桶装水和瓶装水的生产工艺中。但是，在臭氧对水和桶装水和瓶装水消毒的过程中，会将水体中自然存在的溴化物氧化成为溴酸根(BrO3-)，溴酸根和水中的其他阳离子结合就生成了对人体有害的消毒副产物溴酸盐，这里特别要指出的是溴酸钾（KBrO3）可能诱发癌症。2 1999 年，加拿大职业安全健康中心（Canadian center of occupational health and safetyCCOHS）公布他们有关溴酸钾的实验过程和实验结果。实验过程中采用了小鼠、大鼠和大颊鼠（rat, mice and hamsters），实验过程中给他们服用一定量的溴酸钾。实验结果表明：小鼠，体内发现肾管状瘤和甲状腺小囊瘤，部分雄性小鼠体内发现腹膜间皮瘤；大鼠，雄性大鼠体内发现极其罕见的肾上管状瘤；而大颊鼠，也发现了肾上管状瘤。中心报道了一些关于溴酸钾的急、慢性中毒实例，溴酸钾是一种高毒性物质并且具有一定的遗传性。可以诱发小鼠肾脏内的脂肪过氧化、对 DNA 的氧化破坏和 2u 球蛋白（ 2u-globulin）的猛增（特别是雄性小鼠）。21990 年，日本国家卫生研究中心做了溴酸盐的相关课题，结论表明溴酸钾确实对动物和人类的肾脏有致癌作用，同时也听觉和平衡器官有一定的破话性。32004 年，可口可乐公司旗下的 Dasani 瓶装水在英国也曾经遭遇了溴酸盐危机。英国食品标准署在随后的声明中表示，虽然这一溴酸盐含量短期内不会对饮用者的身体健康带来任何危害，但是长期饮用这种高溴酸盐含量的饮品，将诱发癌症。我国军事医学科学院马秀英教授在新修订的生活饮用水卫生标准出台前，就标准中的溴酸盐问题曾对媒体表示相同的观点，长期饮用高溴酸盐含量的饮用水，将增加癌症的患病率。4 紫外线消毒的原理及在矿泉水工艺中的应用紫外线消毒的原理及在矿泉水工艺中的应用 紫外线光谱是介于可视光和 X 射线之间的广播，波长范围在 100nm 与 400nm 之间。根据波长的不同，紫外线被人们定义为紫外线 A、B、C 和真空紫外线。其中具有消毒能力的主要是紫外线 C 部分，其波长范围为 200nm 至 280（315）nm，263nm 左右紫外线是对液体消毒最为有效的波长。目前紫外线技术根据灯管内汞蒸气压力不同可分为中压紫外线技术和低压紫外线技术；其分别具有以下技术特征，低压紫外灯管的输出光谱是单色光谱，波长为 253.7nm，主要是通过破坏微生物的遗传物质，使之不能继续分裂和复制，以达到消毒的目的；中压紫外光谱为连续多谱段紫外光谱输出，波长范围为 100-400nm，多谱段紫外线除破坏微生物的遗传物质同时，还对微生物的细胞质和和细胞壁产生相当的破坏作用，彻底克服细菌光复活可能性。 中压和低压紫外光谱图及不同微生物的紫外吸收曲线 失去分裂和复制能力的微生物不会对人体都成威胁，先进的紫外线消毒技术和有效的紫外线剂量可以确保瓶装水的安全性。与化学消毒剂杀菌不同，属于一种物理反应，是通过紫外光子辐射导致的光化学反应来完成消毒任务，而不向水体内投加任何的化学药剂。紫外线消毒技术，能够去除致病微生物，包括细菌、病毒、酵母和霉菌（以及它们的孢子）的同时，确保不产生任何有害消毒副产品。这是一种低维护成本、安全的物理消毒方式，不添加任何的化学成分，消毒后不改变水的任何特质和口感、气味或 pH 值。 典型的紫外线消毒系统，是由紫外线灯管、石英套管、不锈钢反应器及控制系统组成。待处理的水从反应器一端流入，流经整个反应器与紫外线灯管外的石英套管接触，一定的接触时间保证消毒效果，之后从另外一端流出；矿泉水生产的典型工艺路线图： 实际上， 任何水源都可以用紫外线进行有效处理， 包括泉水、 地表水和经过市政处理过的自来水、 RO 出水、制药用水、啤酒、粘稠的糖浆和工业废水等等。 CIP（Clean-in-Place 恰当位置清洁）冲洗水CIP（Clean-in-Place 恰当位置清洁）冲洗水 用来清洗异物和消毒溶液的 CIP 冲洗用水，在微生物方面要求极其严格，需要采用高效杀菌技术。全自动的紫外线消毒系统可以和 CIP 冲洗循环组合在一起，以确保最后用的冲洗用水不会再遭到微生物的污染。对于这种应用场合，中压灯管是最理想的，因为它机械强度高，不受 CIP 水温突然变化的影响。例如：当用 80oC 的热水冲洗后，紧接着又用 10oC 的冷水加以冲洗。 过滤器的消毒过滤器的消毒 水源 砂滤 活性炭过滤 纤维过滤器 5um 过滤器 产品水箱 灌装，产品 中压紫外线消毒反渗透（RO）浓缩液和颗粒活性炭（GAC）过滤液是滋生细菌的温床。对于反渗透浓水和颗粒活性炭过滤水，紫外线是对其进行消毒的有效方法，已经在加工行业得到广泛应用。 脱氯处理脱氯处理 常常使用颗粒活性碳过滤器对水进行脱氯处理，以除去经过氯化处理后所产生的异味，使最终得到的水口感较好，并没有令人不快的味道。而在脱氯活性碳过滤器的前面加装紫外线系统，能够提高活性碳过滤器的工作效能，延长活性碳的使用时间，从而降低成本。 包装物和表面灭菌包装物和表面灭菌 常常使用表面灭菌系统来减少所有包装物的微生物数量，这些包装物包括：玻璃和塑料瓶、罐子、盖子和金属薄片等。如果在灌装前，用紫外线对这些包装物进行辐射处理，就可以消除各种的致病有机体，从而延长产品的保质期、降低腐败变质的危险。 糖浆糖浆 用做调味剂的糖浆，往往是滋生微生物最好的东西。尽管具有高蔗糖糖分的糖浆，并不有利于微生物的生长，但是一旦糖浆被稀释，那些处于休眠状态的孢子就会繁殖起来。如果在糖浆使用前用紫外线灭菌系统对这些糖浆和稀释水加以消毒，就能确保那些处于休眠状态的孢子复活。 储存罐顶部空气的消毒储存罐顶部空气的消毒 对那些保存容易变质液体的压力罐或者压力管道来说，还可以用紫外线灭菌系统来对加压充入的空气进行灭菌。储存罐特别容易滋生细菌和受到空气所携带孢子的污染。为了防止这种情况发生，专门设计了浸入式紫外线灭菌系统，将它安装在罐子顶部，对顶部存在空气进行消毒。 废水的消毒和/或再利用废水的消毒和/或再利用 紫外线灭菌系统可以对工艺设备中流出的废水进行处理，而不必使用对环境有害的化学药品。这就保证了所有的废水排放都能符合当地环境法规的要求。正如上面所提到过的，由于设备中流出的废水可以通过紫外线灭菌系统的处理，而重新加以利用，因此就大大减少了生产过程中所产生的废水量。 紫外线灭菌可以用来对水进行初步灭菌，或者作为其他净化方法，例如：碳过滤法、反渗透、或者巴氏灭菌的辅助系统。由于紫外线消毒不存在任何残留，因此最好将该系统放在紧靠出水端的前面，这样能够确保流进供水系统里的水中微生物被彻底杀灭，同时在处理后也不再有被再次污染的危险。 海诺威中压紫外线技术的特点海诺威中压紫外线技术的特点 英国海诺威公司拥有目前行业内最先进的中压紫外线技术，也是全球唯一有能力生产中压灯管的系统供应商，从事紫外线技术研发和应用近百年历史；此项技术相比传统的低压紫外线技术最绝对的优势在于，中压紫外消毒系统能绝对保证杀菌效果和水质安全。从理论方面谈，细菌、病菌和病毒长期暴露在太阳光下面（日光中包括紫外线），一旦细菌和病菌的 DNA 受到紫外线的损伤，其体内的活化酶就会发挥功效，帮助受损部分迅速恢复成原来的状态。这样一个反应过程被称为细菌和病菌的复活反应，在有光的情况下此种反应能进行的非常迅速 ，但同时也会发生在黑暗的状况下。而中压紫外线技术正式在作用于细菌和病菌的 DNA 和 RNA 的同时，作用于活化酶，从根本上杀灭细菌和病菌。如果水体能不受到外来污染物影响，经中压紫外线技术消毒后的水体可以一直确保消毒效果，有效避免复活反应发生。 工程实例工程实例英国安吉尔斯普林斯责任有限公司（Angel Springs Limited） 英国安吉尔斯普林斯责任有限公司（Angel Springs Limited） 安吉尔斯普林斯责任有限公司位于英国的奇尔登希尔斯（Chiltern Hills），该公司主要生产天然瓶装矿泉水。几年前，该公司用海诺威公司所生产的紫外线灭菌系统取代了以前所使用的臭氧消毒装置。该公司之所以决定做出这种改变，就是担心臭氧处理过程中所产生的溴酸盐。“由于在臭氧处理过程可能会产生溴酸盐，我们就不再使用臭氧进行消毒了。” 斯普林斯公司的安德鲁格莱斯特说道。“尽管我们的水源里溴酸根的含量并不十分高， 但是为了安全起见， 我们还是选择使用紫外线灭菌系统。 ” 安德鲁 格莱斯特先生进行补充说明。“紫外线灭菌系统没有缺点，只有优点。自从安装了它以后，我们对它的表现一直很满意。 只要每过 8000 工作小时后， 对紫外线灯管加以更换， 因此它的工作效率非常高。 ” 安吉尔 斯普林斯责任有限公司的水源是当地的天然泉水，在经过物理过滤以除去固体颗粒后，就通过紫外线照射室加以消毒，接着就可以进行灌装。此外就再没有进一步的水处理了，也不需经过什么化学处理。 结论 结论 在瓶装水和桶装水行业中，如何在达到日益严格的卫生标准的同时，确保水质对人体的安全，已经越来越成为一项严重的挑战。自 2008 年 6 月，中国质量监督检验和检疫局也推进和实施关于溴酸盐含量的法规，水质和食品的健康成为人们关注的焦点。人们希望不要再用传统的化学方法对瓶装水进行处理，对传统的工艺和设备进行改进。而对于厂家而言，一方面他们希望提高产品的质量（瓶装水和桶装水的安全性），另一方面也希望在这写方面的投资尽快地为他们带来利益。对于那些正在设法提高最终产品质量的生产商来说，紫外线灭菌系统是一个经济、可靠的选择。它是一种对饮用水进行消毒的行之有效的，这一点已经在全世界得到了证明。它也被广泛地应用在需要高纯度水的行业里，例如：制药行业和半导体行业，这些行业所使用的水都要求具有最高的质量。 紫外线消毒技术开始逐渐的取代或半取代传统的化学消毒方法，除了投资和运行成本上占优势外，占地面积小，系统结构紧凑，潜在风险小，确保操作人员安全。系统的安装十分简便，不会对工厂的正常生产造成干扰，所需要的维护工作简便。随着人们生活水水平的进一步提高，健康意识的加强，紫外线消毒技术在中国的瓶装水和桶装水中的应用会越来越普遍， 这同时也能促进紫外线技术的进一步发展和产品的革新。 参考文献： 1. www.foodqs.com/news/jcbz03/200877111830663.htm 2. www.inchem.org/pages/iarc.html 3. Y. Kurokawa etc., 1990, Toxicity and Carcinogenicity of Potassium Bromate-A new renal carcinogen, National Institute of Hygienic science. 4. http:/finance.sina.com.cn/roll/20080603/02044938070.shtml