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第三章 饮料用水及水质处理 (10)

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3饮料用水

3饮料用水
4、膜过滤
膜过滤是一种物理分离过程，以膜两侧的压力差为驱动力， 以膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时， 膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而 成为透过液，而原液中体积大千膜表面微孔径的物质则被截 留在膜的进液侧，成为浓缩液，从而实现对原液的分离和浓 缩的目的。
5、其他过滤装置 （1）大孔离子树脂过滤器 （2）钛棒过滤器 （3）化学纤维蜂房式过滤器
（3）总碱度等于总硬度时，说明水中只含有Ca2+、Mg2+的碳 酸氢盐。
4、水的硬度与碱度对软饮料生产的影响
（1）硬度的影响：钙镁离子与有机酸反应产生沉淀，影 响产品感官；非碳酸盐硬度过高时，使饮料出现盐味；在 加工容器、管道、锅炉内形成水垢。
（2）碱度的影响：与金属离子反应形成水垢，并产生不 良气味；和有机酸反应，改变饮料的糖酸比与风味；影响 碳酸饮料的二氧化碳溶解量；使饮料酸度下降，造成微生 物感染；生产果汁型碳酸饮料时，与果汁的某些成分发生 反应，产生沉淀。
3、水的硬度与碱度的关系
总硬度=暂时硬度+永久硬度，总碱度通常与暂时硬度相符。
（1）总碱度大于总硬度时，说明水中存在OH-、CO2-3， 属于碱性水；
（2）总碱度小于总硬度时，说明水中存在Ca2+、Mg2+的氯化 物，基本上不存在OH-、CO2-3，属于非碱性水。如果Ca2+、Mg2+ 和OH-、CO2-3同时存在，则会发生沉淀。
过滤介质是保证过滤作用的重要条件之一，其性能与 结构直接影响过滤和净化的质量。对过滤介质的基本要求 是：
（1）应具有足够的化学稳定性； （2） 应具有足够的机械强度； （3）不溶于水； （4）不产生有毒、有害物质。
常见的过滤介质有：砂粒、石英砂、磁铁矿石、无烟 煤、活性炭、玻璃纤维、石棉、纸板等。

《饮料用水及水处理》课件

《饮料用水及水处理》课件
澄清
通过物理或化学方法，使水中悬浮物、胶体物质等变得澄清 透明的过程。
过滤
过滤
通过过滤介质（如滤布、滤纸、滤膜 等）将水中的悬浮物、胶体物质等去 除，使水质变得清澈的过程。
过滤介质的选择
根据不同的过滤要求，选择合适的过 滤介质，如砂滤、活性炭滤、膜滤等 。
消毒
消毒
通过物理或化学方法，杀灭水中的细菌、病毒等微生物，保证水质安全的过程 。
消毒方法
常见的消毒方法有煮沸、紫外线消毒、臭氧消毒、氯化消毒等。
软化
软化
通过化学或物理方法，去除水中的钙、镁等硬度离子，使水质变得柔软的过膜分离、药剂软化等。
03
饮用水处理工艺流程
原水预处理
01
02
03
去除大颗粒物质
通过过滤、沉淀等方法去 除原水中较大的颗粒物、 悬浮物和杂质。
氧化剂
如氯、臭氧等，用于杀灭水中的细菌 和病毒。
还原剂
如亚硫酸盐等，用于还原水中的氧化 物质。
酸碱调节剂
用于调节水中的酸碱度，保持水质的 稳定。
05
水质检测与监控
水质检测方法
感官检测
通过观察水的颜色、气味、透明度等指标，初步 判断水质的好坏。
微生物检测
通过培养和计数水中的细菌、病毒等微生物，确 保水质无害健康。
沉淀
通过自然沉淀或混凝剂沉 淀，去除水中的悬浮物和 杂质。
深度处理
活性炭吸附
膜过滤
活性炭具有高吸附性能，可以进一步去除 水中的有机物、重金属、余氯等有害物质 。
通过超滤、纳滤或反渗透等技术，去除水 中的微小颗粒、有机物、重金属等杂质， 提高水的纯度和品质。
臭氧氧化
紫外消毒
臭氧具有强氧化性，可以氧化水中的有机 物和杂质，同时杀灭微生物。

1 饮料用水及水处理教学讲义

1 饮料用水及水处理教学讲义
• 非碳酸盐硬度过高时，出现盐味。
2020/5/26
（3）水的碱度
• 水的碱度：水中能与H+结合的OH-、 CO32- 、HCO3- 含量，mmol/L。
– OH-：氢氧化物碱度 – CO32- ：碳酸盐碱度 – HCO3- ：重碳酸盐碱度
• 碱度过大时对饮料的影响：
– 与金属离子反应，形成水垢，产生不良气味； – 与有机酸反应，改变饮料的糖酸比和风味； – 影响CO2溶解量； – 造成饮料酸度降低，利于微生物生长； – 2020/5/26 与果汁的某些成分反应，产生沉淀。
。
• 溶解盐类→混凝剂
• 混凝的一般顺序：原水→加氯→加膨润 土→加混凝剂→加pH调节剂→加助凝剂
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1、混凝原理
• 胶体物质的特性：不易沉降，稳定。 • 同一种胶体，带有同性电荷，同性相斥
，相互间不能黏结，不能形成大的聚团 。
• 在水中加入相反电荷的混凝剂，与胶体 电性中和，破坏胶体稳定性，胶体之间 聚集形成絮状物，同时，将悬浮物裹入 其中，小颗粒→大颗粒，沉降，水澄清 。
类
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（2）水硬度的计算与单位
• 水的总硬度：暂时硬度+永久硬度
计算公式1-1，P7
• 单位：mmol/L，德国度（°d）
– 1mmol/L：1L水中含有相当于100mg的 CaCO3。
– 1德国度（°d） ： 1L水中含有相当于10mg 的CaO。
– 1mmol/L =2.804德国度（°d）
物质等杂质，还能除去水中的异味、色 泽、铁、锰及微生物。
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1、过滤原理
• 原理：原水通过粒状滤料层时，其中一 些悬浮物和胶体物质等被截留在孔隙中 或介质表面，从而将水中的不溶性杂质 分离。

3105饮料生产技术技能训练-工作任务1饮料用水的水质处理.

3105饮料生产技术技能训练-工作任务1饮料用水的水质处理.

(3)活性炭过滤
活性炭具有多孔性，可以吸附异味，去除各 种杂质。在用氯破坏水中的有机物、杀灭微生物 时，以活性炭作为余氯的吸附剂是最适宜的。
活性炭使用一段时间后需要进行清洗再生。 实际生产中常把活性炭过滤与砂滤棒过滤器串联 使用。另外活性炭具有腐蚀性，用铁制容器装活 性炭时要涂上防腐蚀涂料。


2．电渗析法
电渗析工作原理图

3.离子交换法
利用离子交换树 脂交换离子的能力， 按需要交换水中的离 子，从而使水质符合 使用要求的方法。
离子交换树脂净化水的原理

4．反渗透法
以半透膜为介质， 对被处理水的一侧施 以压力，使水穿过半 透膜，而达到除盐的 目的。
常用的氯：液氯(钢瓶袋)、次氯酸钠、漂白 粉和高效漂白粉。 加氯的方法：将漂白粉澄清液通过塑料管滴 入贮水池进水口的水流中，使漂白粉液与水能充 分的混合，并保持较长的接触时间，从而取得较 好的杀菌效果。

2.紫外线消毒
紫外线消毒的原理：微生物经紫外线照射后， 微生物细胞内的蛋白质和核酸的结构发生裂变而 引起死亡，因紫外线对水有一定的穿透能力，故 能杀灭水中的微生物，使水得以消毒。 设备：紫外线饮水消毒器
渗透与反渗透现象

三、水的消毒
原水经以上各项处理后，水中绝大多数的微 生物已被除去。但是仍有部分微生物留在水中， 为了保证产品质量和消费者的健康，对水要进行 严格的消毒处理。 目前国内外常用的消毒方法有氯消毒、紫外 线消毒和臭氧消毒。

1.氯消毒
工作任务1
饮料用水的水质处理

水处理的目的 1.除去水中固体物质；
2.降低硬度和含盐量；
3.杀灭微生物及排除所含异气。

一、水的过滤

软饮料加工技术—软饮料用水及水处理

软饮料加工技术—软饮料用水及水处理
特点：水量丰富，矿物质含量较少，水质不稳定。 地表水的污染物主要有黏土、砂、水草、腐殖质、昆虫、微生物、无机盐等，有时还会被工
业废水污染。
一、软饮料用水的水质要求
（一）水源的分类及其特点
2、地下水 地下水是指经过地层的渗透、过滤，进入地层并存积在地层中的天然水，主要包括深井水、
泉水和自流井水等。 特点：水质较澄清、水温较稳定，但矿物质含量较高。
一、软饮料用水的水质要求
（一）水源的分类及其特点
3、城市自来水 主要是指地表水经过适当的处理工艺，水质达到一定要求并贮藏在水塔中的水。 特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理设备简单，容易处理，一次性投资小；
但水价高，经常性费用大。
一、软饮料用水的水质要求
（二）天然水中的杂质
天然水源中的杂质按其微粒分散 的程度，大致可分为3类：
离子交换法是利用离子交换树脂交换离子的能力，按水处理的要求将原水中所不需要的离 子通过交换而暂时占有，然后再将它释放到再生液中，使水得到软化的水处理方法。
离子交换法脱盐率高，也比较经济。但当原水中含盐量过高时，须经常再生，要消耗大量 的酸、碱，且排出的酸、碱废液会对环境造成一定的污染。这种情况下，应在离子交换处 理之前作相应的预处理，如混凝、沉淀、吸附或电渗析等。
饮料用水 ＜2 ＜5
＜500 ＜100 ＜50 ＜0.1 ＜10 ＜0.1 不得检出
二、软饮料用水的水处理
目的：
保持水质稳定性 除去水中的悬浮物和胶体物质 去除有机物、异臭、异味 将水的碱度降到标准以下 去除微生物
二、软饮料用水的水处理
（一）水的净化
水的混凝沉淀与过滤是水处理中的常规处理方法，目的是为了去除水 中的细小悬浮物质和胶体物质。 混凝：在水中加入混凝剂，使水中细小悬浮物及胶体物质互相吸附结 合成较大的颗粒，从水中沉淀出来。 过滤：使细小悬浮物和胶体物质直接吸附在一些相对巨大的颗粒表面 而除去，这就是过滤。

软饮料用水及水处理

软饮料用水及水处理

软饮料用水及其处理
我国水资源的状况
天然水的种类及特点
天然水中的杂质及特征
软饮料用水标准 水质的检测和测定 水处理---水的混凝、过滤、软化和消毒
水是生命之源，地球虽然有70.8％的面积为水所覆盖，但其中97.5％的水是咸水，无法饮用。在余下的2.5％的淡水中，有87％是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的水仅占地球总水量的0.26％。
01
02
2.3 天然水中的杂质
（3） 溶 解 物 质 天然水中的杂质 （3） 溶 解 物 质 ①盐 类-- 钙 镁 盐 、 钠 盐 、 铁 盐 及 锰 盐—硬度H（总硬度、暂时硬度、永久硬度）、碱度A及其关系； A总> H总， 水中存在OH-、碳酸根，属于碱水； A总< H总，水中存在钙镁离子的氯化物，基本没有OH-、碳酸根，属非碱性水； A总= H总，水中只含有钙镁的碳酸氢盐。 H总过大，饮料出现沉淀、盐味、增加洗涤剂的用量成本增加； A总过大，出现水垢、改变果汁糖酸比、影响二 氧 化 碳的溶解、有利于微生物的繁殖、沉淀、 ②气 体-- 氧、二 氧 化 碳 、 硫 化 氢 、 氮 气 。它们影响碳酸饮料中二 氧 化 碳的溶解度、其它饮料的风味和色泽。
反渗透（Reverse Osmosis）：反渗透脱盐的机理（氢键理论、优先吸附理论）分离溶剂（水）。
离子交换(Ion Excgange)：选择原则，外观、膨胀度、交联度、颗粒度、交换容量；常见的装置，固体床（单床、多床、复床、混合床、双层床）和连续床（移动床、流动床）
有机玻璃离子交换装置 时间型自动软化器 小型全自动复床纯水系统 水力驱动全自动软化器 离子交换装置及全自动软化器 大型自动软化器
悬浮物质 d>0.2 微 米， 主 要 有 细 菌-- 有 致 病 的 和 对 人 体 健 康 无 妨 的； 藻 类 及 原 生 动 物-- 嗅 、 为 、 色、 混 浊； 泥 沙 粘 土-- 混 浊。 对饮料的影响：出现沉淀、影响二氧化碳的溶解、微生物的存在影响产品的风味甚至败坏。

软饮料工艺学-软饮料用水及水处理

灰等。 有时水中的混浊度不稳定，为加快混凝，加入粘土
以加快粒子间的碰撞机会。
有机合成的絮凝剂可与其它混凝剂协同使用，也可 单独使用，如藻酸钠、聚丙烯酸钠、CMC-Na等。
二、水的过滤
过滤是使水中的胶粒、悬浮物被截留在滤层的 孔隙中或表面。
过滤的方法适合于混浊度低、污染比较轻的水 的处理。
阻力截留（滤料表层） 重力沉降（滤料深层） 接触凝聚（滤料深层）
（一）水的软化
1 热水软化法 根据化合物在不同温度条件下，在水中溶 解度不同而进行的软化方法。
一般用加热法除去碳酸盐硬度。
Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2→MgCO3↓+H2O+CO2↑ MgCO3+H2O →Mg(OH)2↓+CO2 ↑
2. 化学软化法
化学软化法：石灰软化法、石灰-纯碱软化法及 石灰-纯碱-磷酸三钠软化法
混凝、絮凝和过滤
石灰纯碱、离子 交换、ED或RO
一 混凝沉淀
水的沉淀
自然沉淀
除去水中较大的不 溶性悬浮性杂质
加药物（混凝） 沉淀
溶解性或悬浮于水 中的细小粒子(胶 体)
混凝机理
通过添加混凝剂后，胶体颗粒表面 电荷被中和，破坏了胶体稳定性， 促使小颗粒变成大颗粒而下降，
从而得到澄清。
胶体稳定的原因
（1）石灰软化法 此法适合于碳酸盐硬度较高、非碳酸盐硬度
较低，而且对水质不要求高度软化的水的处理。
石灰软化的有关反应 将生石灰CaO配制成石灰乳：
CaO+H2O→Ca(OH)2
用石灰乳除去水中重碳酸钙Ca(HCO3)2 、重碳酸镁Mg(HCO3)2和CO2。

-软饮料用水及水处理


•
饮料用水的水质，要求硬度小于8.5度。
•
硬度高会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，影响产品
• 口味及质量。
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30
• B.水的碱度
• 定义： 水的碱度是指水中能与Ｈ＋结合的OH-、CO3-和 HCO3-的总含量,合称为水的总碱度。
•
其中 OH-的含量称氢氧化物碱度，
•
CO3-的含量称碳酸盐碱度，
胶体、
•
溶解物质。
• 天天然然水水源源杂杂质质的的分分类类
杂杂质质类类型型 溶溶解解物物 胶体
悬悬浮浮物物
粒粒径径
＜＜11nnmm
1～200nm
＞＞220000nnmm
特特征征
透透明明
识识别别
电电子子显显微微镜镜
常用处理法 离子交换 常用处理法 离子交换
光光照照下下混混浊浊 混混浊浊（（肉肉眼眼可可见见））
铵钙离离子子
钙镁离离子子
镁正离铁子离子 正亚铁铁离离子子 锰离子 亚铁离子 氯离子 锰离子
H+ H+ Na+ NKa++ KN+H4+ NCHa42++
CMag22++
MFge23++
FFee32++ Mn2+ Fe2+ Al3+ Mn2+
氢氧根离子 OH-
氢氧根离子 氯离子
OHCl-
氯重离碳子酸根离C子l- HCO3-
重碳碳酸酸根根离离子子 HCCOO332--
碳硝酸酸根根离离子子 CON3O2-3-
硝亚酸硝根酸离根子离子NON3-O2-
亚硫硝酸酸根根离离子子 NSOO24-2硫 硅硅 酸酸 酸酸 式根 根根 磷离 离离 酸子 子子 根离子SSiOSO4i22OH2--22P2-O4-

软饮料用水及处理方法

软饮料用水及处理方法1.水中的污染(1) 粒子；(2) 可溶性无机物： Ca、Mg、Si，CO2、N、P等；(3) 可溶性有机物：如除草剂、杀虫剂、气溶胶、动植物组织腐蚀物；(4) 微生物；用水质量要求凡与原料直接接触的用水，应符合饮用水标准。

无色、澄清、无悬浮物质、无异味异嗅、无致病细菌、无耐热微生物及寄生虫，不含对人体健康有害、有毒的物质。

此外，水中不应含有硫化氢、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等，也不应有过多的铁、锰等。

水的硬度也直接影响加工产品的质量。

水中钙盐或镁盐的含量决定它的硬度，一般来说，1升水中含10mgCaO或MgO叫1°的水，通常用CaO含量表示。

2.水的硬度水中离子沉淀肥皂的能力，一般指水中Ca2+、Mg2+盐类的含量。

单位mmol/L或mg/L总硬度：碳酸盐硬度（暂时硬度）: Ca(HCO3)2、Mg (HCO3)2、 CaCO3、 MgCO3非碳酸盐硬度（永久硬度）：CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4、Ca(NO3)2、 Mg (NO3)2等水的总硬度0 ~ 4°为最软的水， 4 ~ 8°为软水，8 ~ 16°为中等硬度的水，16 ~ 30°为硬水，30°以上为很硬的水。

硬度过大的水不适宜作加工用水，因硬水中的钙盐与果蔬中的果胶酸结合生成果胶酸钙而使果肉变硬。

镁盐味苦，1升水中含有MgO 40mg便可尝出苦味。

钙、镁盐还可与果蔬中的酸化合生成溶解度小的有机酸盐，并与蛋白质生成不溶性物质，引起汁液混浊或沉淀。

所以，除蜜饯制坯，半成品保存可用硬度较大的水，以保持果蔬的脆性和硬度外，其它加工品要求水的硬度不宜过高。

具体的讲，用途不同，加工品种类不同，对水的硬度要求亦不同。

3.水的碱度天然水中能与H+结合的OH-、CO3-和HCO3-的含量。

天然水中通常仅存在HCO3-。

4．混凝和过滤（1)混凝目的：添加混凝剂，中和胶体颗粒表面的电荷，破坏胶体稳定性，促使小颗粒互相聚合成大颗粒而下沉。

软饮料工艺学-软饮料用水及水处理汇总.


带大量正电荷，能有效地吸附水中带有 负电荷的胶粒，因而与吸附的污物在一 起形成大的聚体而沉淀除去。
碱式氯化铝优点
一般用量0.005-0.01% pH值范围为6-8（5-9）； 温度适宜范围20-30℃，在相同的效果 下，其用量仅为硫酸铝的25-50%。
从目前发展情况来看，有代替前述明矾和 硫酸铝而成为主要的无机凝聚剂的趋势。
1常用的混凝剂
常用的有铝盐和铁盐
铝盐：明矾、硫酸铝、碱式氯化铝。 铁盐：硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁。
作用机理
自身先溶解形成胶体，在与水中杂质作 用，以中和或吸附的形式使杂质凝聚成 大颗粒而沉淀。
Chapter2 软饮料用水 及水处理

（1） 明矾 ［KAl2(SO4)2]·12H2O或 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O； 一种复盐，在水中Al2(SO4)3发生水解作用生 成氢氧化铝 Al2(SO4)3→2Al3++3SO42Al3++H2O→Al(OH)2++H+ Al(OH)2++H2O→Al(OH)2++H+ Al(OH)2++H2O→Al(OH)3 ↓ +H+
二、水的过滤
过滤是使水中的胶粒、悬浮物被截留在滤层的 孔隙中或表面。
过滤的方法适合于混浊度低、污染比较轻的水 的处理。
阻力截留（滤料表层）
重力沉降（滤料深层）
过滤的原理
接触凝聚（滤料深层）
（二）过滤的工艺过程
过滤
过滤 过程
冲洗 滤料再生 方法反冲
生产清水
（三）过滤的形式
1. 砂滤池过滤法 无烟煤 细砂 中砂 粗砂
搅拌
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㈠ 石灰法 ㈡ 离子交换法 ㈢ 反渗透法 ㈣ 电渗析法
水的消毒
臭氧消毒 紫外线消毒 氯消毒
水 源 的 分 类
1
2 3
地表水
地下水 城市自来水
20
杂 质
悬浮物 胶体物质
溶解物质
饮料用水的处理
处 理
混凝沉淀
水的过滤 硬水软化 水的消毒
方 法
㈠ 混凝原理
㈡ 混凝剂 ㈢ 助凝剂
㈣ 混凝条件的确定
水的过滤
1、池式过滤
2、砂滤棒过滤器
3、活性炭过滤 4、其它过滤装置
三、硬水软化

这种光线具有很强的杀菌能力，其中以250～260 nm波 长的杀菌效果最好。
1、紫外线杀菌的原理
2、影响紫外线杀菌效果 的因素 3、使用紫外线杀菌的注 意事项
ห้องสมุดไป่ตู้
1、紫外线杀菌的原理

生物受紫外线照射后，微生物的蛋白质和核酸吸收
紫外光谱能量，导致蛋白质变性，引起微生物死亡
紫外线对清洁透明的水有一定穿透能力，所以能使 水消毒。


（氨的来源有液氨、(NH4)2SO4、NH4Cl等。）
氯胺在水中分解缓慢，能逐步放出HOCl，容易保证管 网末端的余氯含量，并且避免了余氯产生的较重的氯
臭。
因此很多大城市的自来水厂由氯消毒改为氯胺消毒。
水的消毒方法很多，而目前国内外常用的是：
臭氧消毒 紫外线消毒 氯消毒
(二) 紫外线消毒
紫外线是指波长为140～490 nm 的不可见光线。
2、影响紫外线杀菌效果 的因素
⑴ 水质 影响穿透力，如色度、浊度、微生物密度。 ⑵ 水流量 影响水受照射时间 ⑶ 灯管周围介质的温度 过低时使辐射的能量降低。 一般保持25～35℃。
3、使用紫外线杀菌的注 意事项
紫外线消毒时间短，接触时间短，杀 菌能力强，设备简单，操作管理方便， 便于自动控制。 但它没有持续杀菌作用，灯管使用寿 命较短，成本略高。
第 三 章
饮料用水
及水质要求
⑶ 氯胺

氯胺是氨分子中的氢原子被氯原子取代后的产物，有 一氯氨（NH2Cl）、二氯氨（NHCl2）、三氯氨 （NCl3），溶于水后会生成次氯酸。 氯胺是水中的氨和氯化合产生的，是一种有效 的氯消毒试剂。在实际进行消毒时，是在投氯前或者 投氯后，在水中按比例加入少量氨或胺盐生成氯胺。


水的消毒方法很多，而目前国内外常用的是：
臭氧消毒 紫外线消毒 氯消毒
(三) 臭氧消毒
1、臭氧的性质

臭氧（O3）是特别强烈的氧化剂。 臭氧的氧化力很强，
所以水中的无机和有机物质（包括微生物）均易被臭 氧氧化。 在欧洲，臭氧已广泛用于水的消毒中，同 时用于去除水臭、水色以及铁和锰。
臭氧（O₃）又称为超氧，是氧气（O₂）的同素异形体， 在常温下，它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。 臭氧主要存在于距地球表面20-35公里的同温层下部的 臭氧层中。在常温常压下，稳定性较差，可自行分解 为氧气。臭氧吸入少量对人体有益，吸入过量对人体 健康有一定危害（不可燃，纯净物），氧气通过电击 可变为臭氧。