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臭氧消毒简介

臭氧消毒简介 摘要 臭氧是公认的广谱、高效杀菌剂。介绍了臭氧消毒的特点、原理,臭 氧的产生方法,臭氧消毒的应用等。 关键词 臭氧消毒 原理 应用 1840 年,德国科学家舒贝因(Schonbein)向慕尼黑科学院提交的报告里宣 布发现了臭氧。 他依据电解与火花放电实验产生的气味与雷电之后空气中的腥臭 气味相同,判定这种气味是由一种新物质产生的,并对此新物质命名为 “Ozone”——臭氧。 臭氧是氧气的同素异形体,化学式为 O3,活泼性强,易分解,易溶于水, 在常温下为淡蓝色、具有独特的腥臭味的气体,其密度是空气的 1.6 倍,在空气 中易于沉降扩散。在酸性介质中,其还原电位仅次于氟,是氯的 600 倍,为已知 最强的氧化剂之一。臭氧广泛存在于自然界中,雷雨过后的空气有一种“清新” 的感觉便是因为雷雨作用于空气产生臭氧。 由于臭氧的强氧化性和广谱性,因而具有消毒、杀菌、除臭、防霉、保鲜等 功能。 臭氧在其消毒杀菌过程结束后具有自解还原成氧气,不产生任何残留和二 次污染的特性,因而被称为“绿色环保元素”,实属当今人类最理想的消毒杀菌方 式之一,越来越广泛地应用于化工、石油、纺织、食品及香料、制药等各个领域。 1 臭氧消毒的特点 高效性 臭氧是一种高效灭菌剂。国际卫生组织对消毒灭菌剂的功效,曾进 行过归纳比较,对大肠杆菌的杀灭效果为:最好的是臭氧(O3) ,次之是次氯酸 (HClO)>二氧化氯(ClO2)>银离子(Ag+)>次氯酸根(ClO-)>高铁酸 盐(FeO42-)>氯氨(NCl3) 。臭氧灭菌速度较氯气快 600~3000 倍。 高洁性 臭氧是利用空气中的氧气产生的,消毒氧化过程中,多余的氧原子 (O)在 30 min 后又结合成为氧分子(O2) ,不存在任何有毒残留物,故称“环 保消毒剂”。 广谱性 臭氧对细菌、病毒等微生物内部结构有极强的氧化破坏性,可达到 杀灭细菌繁殖体、芽孢、甲乙型肝炎病毒、真菌和原虫胞囊等各种细菌,以及破 坏肉毒杆菌的毒素及立克次氏体等。臭氧还具有很强的除霉、腥、臭等有机异味 的功能, 对中药材及其他原辅材料的防霉、 防虫蛀等有明显的作用。 同时, 除铂、 金、铱、氟外,臭氧几乎可与周期表中所有的元素反应,并可将过渡金属元素氧 化到较高或最高氧化态,形成更难溶的氧化物。对于氟以外的非金属元素,臭氧 也可将其从各种低氧化态氧化, 直至出现最高氧化态。 因此, 臭氧可用于消除酚、 氰、亚硫酸盐、亚硝酸盐等多种有机或无机污染物、有毒物。 经济性 通过臭氧消毒灭菌在诸多制药行业 GMP 中的应用,以及医疗卫生 单位的使用及运行比较, 臭氧消毒方法与其他方法相比具有很大的经济效益和社 会效益。 2 臭氧消毒的原理 臭氧的灭菌机制类属于生物化学氧化反应。臭氧极不稳定,分解时释放出自 由基态氧[1] : O3O2+[O] 自由基态氧[O]具有强氧化能力,可以穿透细胞壁,氧化分解细菌内部氧 化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶;也可以直接与细菌、病毒发生作用,破坏其细 胞器和核糖核酸,分解 DNA、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物, 使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏;还可以渗透细胞膜组织,侵入细胞 膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖,促进细胞的溶解死亡,并且将死亡菌体 内的遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热原(细菌病毒代 谢产物、内毒素)等溶解变性灭亡。 3 臭氧的产生方法 臭氧的产生可采用电晕放电法、电解与紫外线法。目前应用较多的是电解法 和电晕放电法,紫外线法应用较少。 3.1 电解法 国外多利用电解法产生臭氧,该法创始于 1840 年。其原理是用低压直流电 电解水,使特制的阳极界面氧化产生臭氧。电解法在阳极析出臭氧,阴极析出氢 气。该发生器可产生较高浓度臭氧,且产物中无有害氮氧化物,因而具有广阔的 应用前景,国内已有研制和生产。 3.2 电晕放电法 利用交变高压电场使含氧气体产生电晕放电,(电晕现象是高压导线周围的 发光现象,是由带电导线周围的空气受电场的影响而变成导电体引起的)电晕中 的自由高能电子离解氧气分子,氧原子经三体碰撞又聚合成 O?3,如下式[1] 。 其方法是先将氧气或空气经干燥等预处理,再使之进入放电室电离。该法只能得 到含有臭氧的混合气体,不能得到纯的臭氧,设备费用高,且可产生有毒的氮氧 化合物。 3.3 紫外线法 波长短于 200 nm 的紫外线能使空气中的氧分子电离,产生臭氧,原理如下 式[1] 。高臭氧紫外线灯即是利用紫外线产生臭氧,通过紫外线和臭氧的协同作 用以杀菌。这种方式所产生的臭氧量较低。 4 臭氧消毒的应用 早在 19 世纪,人们利用臭氧的特殊作用,广泛的应用于水处理、空气消毒、 医药卫生、食品保鲜等,100 多年来臭氧已深入到我们日常生活的各个方面。世 界上已经形成了独立的臭氧产业和部门,1973 年国际臭氧协会(IOA)建立,我 国也于 1998 年成立了臭氧产业联合会。 4.1 水处理 水处理是臭氧应用最为广泛的一个领域。1893 年,在荷兰的奥茨胡恩建立 了世界上第一家使用臭氧进行饮用水处理的工厂,开创了臭氧水处理的先河。自 从世界卫生组织确认经氯法消毒的饮用水能够致癌以后 (致癌物质为卤代有机物 如氯仿等) ,臭氧便作为最安全可靠的饮用水消毒方法在世界各地迅速地发展起 来。 目前世界上最大的位于加拿大蒙特利尔和美国洛杉矶的应用臭氧消毒的自来 水厂,其处理能力均为 2.3× 108 m3/天。现在世界上已有数千座臭氧水处理厂, 欧美、日本、加拿大等国家的自来水厂应用臭氧已达到普及程度。 此外,臭氧可增加水中的溶解氧,去除水中的微粒,控制藻类生长,提高水 的透明度,使水清澈发蓝,因而广泛用于废水的处理中,以达到安全回用或安全 排放的目的。它具有反应速度快、使用方便、不受 pH 影响、不产生二次污染、 就地生产不用运输等一系列优点。在上世纪 80 年代初期,美国就已建成总处理 能力约为 2×

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