中压紫外线消毒技术在啤酒行业中的应用

中压多谱段紫外线消毒在啤酒行业中的应用英国海诺威中国代表处王涛什么是紫外线及特点紫外线技术种类、光谱特征及术语介绍紫外线剂量的计算及不同计算方式的区别紫外线设备的关键组件紫外线在水处理中的应用范围紫外线杀菌机理及不同紫外线技术杀菌特点紫外线设备选型要点啤酒行业使用前瞻1、目录2.1什么是紫外线（1/2）UV…电磁波的一种介于X射线和可见光之间波长范围5到400nm之间电磁波谱gRaysX-RaysUltravioletVisibleInfrared10-1310-1110-910-710-610-310-121010-10105RadioFrequencies波长(m)穿透能力增强能量增加VUVUVCUVBUVA100nm200280315400nm2.2不同波长紫外线特征（2/2）3.1紫外线如何产生低压紫外灯管气压＜103pa,单色紫外光谱输出，单只灯管功率小于100W中压紫外灯管气压104～106pa,多谱段连续紫外光谱输出单只灯管功率高达7000W汞齐灯管基于汞合金，单色紫外光谱输出，单只灯管功率可达500W3.2不同紫外科技的光谱特征3.3石英材质对紫外线透光率的影响溶解性物质悬浮物10mm20mm30mm40mm50mm90%81%73%65%60%100%100%100%100%100%60%100%100%100%4术语解释—UV穿透率T10（1/3）D10：杀灭90%（即1Log）微生物所需要的紫外线剂量.e.g-Ecoli

5.4mJ/cm-2=90%kill

10.8mJ/cm-2=99%16.2mJ/cm-2=99.9% etc...

4术语解释—微生物D10值（2/3）细菌BacteriaD10DoseBacillusSubtilis(spores)12ClostridiumTetani4.9ClostridiumBotulinum12DysenteryBacilli2.2(1)EscherichiaColi5.4LeptospiraSPP(Jaundice)3LegionellaPneumophila2.04ListeriaMonocytogenes3.4PseudomonasAeruginosa5.5SalmonellaEnteritidis7.6ShigellaDysenteriae(Dysentery)4.2ShigellaParadysenteriae1.68StaphylococcusAlbus1.84StaphlococcusHaemolyticus(A)6.7StreptococcusSalivarius2StreptococcusFaecalis4.5TuberculoseBacillus10VibrioComma3.1VibrioCholerae6.5病毒VirusesD10DoseAdenovirus31.5Bacteriophage(EColiVirus)3HepatitusBVirus11InfectiousHepatitusVirus5.8/8Influenza3.4Poliovirus(Poliomyelltis)3.1/6.5酵母菌YeastsD10DoseBakers3.9Brewers10藻类AlgaeD10DoseBlue-Green300-600其他致病菌OtherPathogensNematodeEggs51Paramecium110Protoza60-100霉菌孢子MouldSporesD10DoseAspergillusNiger132PenicilliumChrysogenum30-50PenicilliumRoqueforti13RhizopusNigricans110ScopulariopsisBreicaulis(Cheese)50-804术语解释—UV剂量（3/3）

UV剂量

=UV强度X停留时间

(mJ/cm2ormW·s/cm2)

(mW/cm2)

(s)

灯管输出功率(W)水质(T10)处理量(m3/h)反应器尺寸5.1UV剂量计算模式数学平均计量模式CFD（计算机流体力学软件）平均计量模式CFDRED计算模式RED--ReductionEquivalentDose等效剂量模式生物验证剂量

灯管半径19mm腔体半径79mm8897912906918925927944942963965982910010019IntensitymW/cm2RadiusmmT1065%T1098%

透光率

5.2CFD剂量计算（1/4）---紫外线在腔体内分布$c$C$L$d$r$B$b$D$R$H$H$la$angle$pcd$pcr5.3CFD剂量计算（2/4）---水在腔体内分布S性腔体L性腔体5.3CFD剂量计算（2/4）---水在不同形状腔体内分布图5.4CFD剂量计算（3/4）---平均剂量和RED剂量计算5.5CFD剂量计算（4/4）---平均剂量和RED剂量差异5.6生物验证剂量选定目标微生物制定该微生物的不同紫外剂量的杀菌效率曲线.3.设定待测试系统流量.4.测定水的紫外透光率.5.待测系统进口注入目标微生物.6.进出口同时取样并测试微生物数量7.计算该系统在设定流量下的实际杀菌效率根据系统实际杀菌效率逆向推算系统的紫外照射剂量BugsIn.BugsOut.Logkill=log10*input/output5.7生物验证剂量实例分析MS2对不同UV剂量的反应Theresultsofthecollimatedbeamtestmustfallbetweenthetworedlines.ThesearetheNWRIlimits.Soinourpreviousexamplewehadalogreductionof0.8.Givingadoseof12mJ/cm2.~12生物认证结果Avg.&RED剂量选型效果对比SoldusingnumericalAverageDosemathsandIntensityprofilesoftware.DoseTablePrediction.Bioassayresult5MGDT1088%Dose40.35MGDT1088%Dose11.6Re-designedusingCFDREDmodellingDoseTablePrediction.Bioassayresult5MGDT1088%Dose45.05.07MGDT1088%Dose42.82023/11/29236紫外线设备主要部件紫外线强度监测石英套管自动清洗系统316L不锈钢腔体控制系统6.1紫外线在线监测7紫外线在水处理中应用TOC降解臭氧分解脱除余氯氯胺分解

水消毒糖浆消毒灌顶消毒空气消毒二、消毒典型细菌结构DNACellmembraneNuclearmaterialCapsuleCellwallAdenineThymineCytosineGuanine1、中压/低压紫外消毒机理（1/4）

紫外线完整DNA破坏后DNA1、中压/低压紫外消毒机理（2/4）低压单色光谱低压单色光谱DNAenzymeproteine仅破坏DNA仅仅作用于微生物DNA结构1、中压/低压紫外消毒机理（3/4）多谱段紫外线多谱段紫外线多谱段紫外线DNAenzymeproteineOHOH全面破坏全面破坏微生物组织结构1、中压/低压紫外消毒机理（4/4）1.PREBindstoDimerisedSite2.LightpromotesEnzymaticaction3.DamagedDNAisrepairedfullyUVA2、紫外杀菌光复活/暗修复问题分析（1/2）2002年加拿大科学家曾经在实验室做过这样一个对比试验，试验在完全相同的设计实验条件下进行，试验结果有效（Zimmar,2002）※研究表明，中压多谱段杀菌消毒过程中对微生物组织结构的全面破坏能有效克服细菌光复活2、紫外杀菌光复活/暗修复问题分析（2/2）3、紫外杀菌效率影响因子（1/2）紫外线最佳杀菌波长为265nm不同波长紫外线的杀菌能力有所不同不同微生物对不同波长紫外线敏感性不同UV(%)

UVCRelativeoutput介质温度(°C)01020304050607080901000510152025303540455055606570758085MediumPressureLowPressure

消毒介质温度（℃）3、紫外杀菌效率影响因子（2/2）4、中压多谱段紫外消毒对比优势单只灯管功率高，减少灯管和系统数量，降低安装成本和占地降低首期投资成本及系统运行维护成本杀菌更为有效、彻底，有效克服细菌光复活问题杀菌效率不受消毒介质温度影响5.1紫外线选型技术要点（1/2）1：要了解微生物污染的种类，不同微生物对紫外线敏感性不同，进而选择紫外线照射剂量。2：紫外线设备使用过程中应具备完整的监控检测功能，能够监测灯管及石英套管的的老化、污染状况；紫外线灯管的发光效率降低至70%时就应予以更换。5.1紫外线选型技术要点（2/2）6、啤酒行业使用前瞻自来水、地表水酵母繁殖用水活性炭出水

RO产水

RO产品水箱顶部罐体空间消毒压缩空气消毒（麦汁充氧、酵母扩排）脱氧水CIP无菌冲洗水

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