[发明专利]用臭氧消毒的瓶装水生产过程和消毒的瓶装水

说明书

技术领域

本发明涉及使用了臭氧消毒工艺的瓶装水生产过程。 

背景技术

臭氧(O₃)是在瓶装水工业中非常广泛使用的消毒剂，因为它具有强的杀菌功效。这种优良的消毒剂能通过破坏细胞膜来灭活耐药性更强的致病微生物，例如原生动物(例如微小隐孢子虫)和病毒。通过在灌装前将臭氧溶入水中，当灌装后，臭氧有可能消毒水本身以及瓶子和瓶盖。在瓶子中臭氧分解速度很慢，提供了充足的接触时间用于瓶子和瓶盖的消毒，在几小时后，臭氧全部分解，仅在瓶中留下无臭、无味和无害的氧气。对消费者而言这样的产品在微生物学上是安全的。 

然而，通常在用于水消毒的所有氧化剂中，臭氧是一种非常强的氧化剂，具有2.07V的最高氧化还原电位。因此，其可轻易地与铁和锰反应而后经过滤去除，同时其还可以与水中其它天然且无害的成分例如溴化物反应，导致形成溴酸盐(Von Gunten，2003，Water Research 37，1469-1487)。溴酸盐是一种潜在的人类致癌物质(Kurokawa等人，1990，Environ.Health Perspect.，87：309-335)，美国食品与药品监督管理局规定在饮用水中其含量标准为低于10μg/L，这也是WHO在文件：Bromate in Drinking-water，Background Document for Development of WHO Guidelines for Drinking Water Quality，2005中指出的暂定指导值。其它国家例如中国和印度尼西亚将在不久的将来设定标准。不履行的公司将面临产品召回、人身伤害诉讼和失去消费者。最近几年的产品召回提高了公众意识和管理部门的审查。 

臭氧化作用的另一个缺点是当使用高浓度臭氧时会产生不好的味道和气味。瓶装水非常纯净，几乎没有消耗臭氧的物质，臭氧将与下述物质反应：(i)塑料容器的内表面(比如瓶子和瓶盖)；(ii)溶于地下水中的天然有机物质，例如腐殖酸和黄腐酸。这些反应的结果将产生和 释放出醛类分子，例如乙醛，它们在水中和瓶子的顶部空间。这将使成品中产生塑料味道和不愉快气味而降低了产品的感官测试表现，尤其是当乙醛含量超过25μg/L时。 

相关领域的说明 

大多数天然水中含有浓度为5～100μg/L的溴化物。溶解于纯净水中生产矿物质水的矿物盐中也含有微量的溴化物污染物，特别是当矿物盐中含有氯化物盐(CaCl₂、NaCl、MgCl₂)。溴酸盐形成的整个化学反应方程式可以表示如下： 

Br^-+O₃→BrO₃^-                    (1) 

方程式(1)表明一分子的溴化物结合一分子的臭氧，形成一分子的溴酸盐。假定所有的溴化物都转化成溴酸盐，则有可能计算出理论上可形成溴酸盐的最大值：BrO₃^-(μg/L)最大值＝Br^-(μg/L)×1.60 

例如，如果一个水样中仅仅含有7μg/L的Br^-，那么可能形成11.2μg/L的BrO^3-，其含量已经高于规定的限制。 

然而，自然环境中溴化物转变成溴酸盐的转化率低于100％并且是变动的。转化率的精确值难以预知，其随条件(温度、pH、臭氧用量、溶解的有机碳、铁、锰、溴化物等)变动而变。Haag和Hoigné在1983，Environ.Sci.Technol.17：261-267中提出了完整的反应机理。基于该反应机理，已经提出了3种不同的降低饮用水中溴酸盐含量的方法：(i)在臭氧化作用前除去溴化物；(ii)除去形成的溴酸盐；(iii)减慢溴酸盐的形成。 

溴化物的除去：