臭氧濃度與作用

臭氧濃度與作用

根據(jù)清華大學(xué)編的《臭氧技術(shù)應(yīng)用文集》一書，將有關(guān)臭氧應(yīng)用濃度按安全濃度空氣、應(yīng)用濃度、水中應(yīng)用濃度、環(huán)境濃度及感知濃度，分類摘錄，以便在應(yīng)用中查找。

[安全濃度]

★人們允許接觸的臭氧濃度不大于0.2mg/m3。

★臭氧工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：

國際臭氧協(xié)會：0.1ppm，接觸10小時

美國：0.1ppm，接觸8小時

德、法、日本：0.1ppm

中國：0.15ppm

★家用臭氧消毒柜外臭氧泄漏量不得超過0.2mg/m3（指1．5米以外），消毒一個周期后殘留濃度不得大于0.2mg/m3。

★動物試驗表明，臭氧毒性的起點濃度為0.3ppm，而人對空氣中臭氧可嗅知的濃度為0.02～0.04ppm，根據(jù)臭氧對肺功能毒性的試驗結(jié)果，提出1.5～2.0ppm為臭氧允許濃度的上限。衛(wèi)生部規(guī)定臭氧最高允許濃度為0.2mg/m3。

[空氣應(yīng)用濃度]

★作為空氣除味與殺菌，要求臭氧濃度較低，如0.5ppm（1mg/m3），而物品表面消毒（殺滅微生物和去除化學(xué)污染）則要求提高幾十倍的臭氧濃度。

★空氣應(yīng)用具氧濃度在1mg/m3～10mg/m3之間。

★溫度低，濕度大則殺滅效果好，尤其是濕度，相對濕度小于45%，臭氧對空氣中懸浮微生物幾乎沒有殺滅作用。在60%時才逐漸增強，在95%時達到最大值。

★用臭氧消毒食品加工車間，0.5～1.0ppm即可殺滅空氣中的80%的自然菌。

★冷庫消毒要求臭氧濃度6～10ppm，停機后封庫24小時以上細菌殺滅率90%左右，霉菌殺滅率80%左右。

★在水果貯藏期間，可用2～3ppm的臭氧可使霉菌的生長受到抑制，貯藏期可延長一倍。

[水中應(yīng)用濃度]

★水應(yīng)用中臭氧溶解度在0.1mg/L～10mg/L之間。低值作為水消毒凈化要求的最低濃度，高值作為“臭氧水消毒劑”可達到的濃度值。

★自來水臭氧睜化，國際常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為0.4mg/L的溶解度值，保持4分鐘，即CT值為1.6。

★水中余臭氧濃度保持在0.1～0.5mg/L作用5～10min可達消毒目的。

★臭氧水消毒滅菌是急速的，消毒作用在瞬間發(fā)生。清水中臭氧濃度一旦達,在0.5～1分鐘內(nèi)就殺死細菌，在濃度達4mg/L，在1分鐘內(nèi)乙肝病毒滅活率為100%。

★Herbold報道：20℃條件下，水中臭氧濃度達0.43mg/L時，可將大腸桿菌100%殺滅，10℃時僅需0.36mg/L即可全部殺滅。

★臭氧濃度為0.25～38mg/L時，僅需幾秒或幾分鐘完全滅活甲型肝炎病毒（HAV）

★礦泉水中臭氧溶解度在0.4～0.5mg/L時，即可滿足殺菌保質(zhì)要求。合理的臭氧投放量為1.5～2.0mg/L。

★瓶裝水處理應(yīng)達0.3～0.5mg/L的臭氧溶解度值，要求投加臭氧應(yīng)滿足1m3水2gO3的發(fā)生量。根據(jù)實踐經(jīng)驗，臭氧發(fā)生濃度高于8mg/L時容易達到濃度。4.1臭氧的殺菌特點[12]

臭氧處理生活飲用水，其主要的目的為消毒并降低生物耗氧量（BOD）和化學(xué)耗氧量（COD），去除亞硝酸鹽、懸浮固體及脫色，已達到全面生產(chǎn)應(yīng)用的水平。飲用水的處理在使用臭氧設(shè)備時，臭氧的投加量一般在1-3mg/L，接觸時間10-15分鐘即可，可作為選型時根據(jù)用水量計算參考?；瘜W(xué)耗氧量（錳法）（COD－Mn），溶解性有機物（DOC），紫外消光值（SAC-254nm）。臭氧的投加量的單位為PPm=mg/L。臭氧主要功能是能氧化微生物細胞的有機物或破壞有機體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細胞死亡。因此，臭氧對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。此外，臭氧在殺傷微生物的同時，還能氧化水中的各種有機物，去除水中的色、嗅、味和酚等能抑制微生物的繁殖起到凈化水的作用；延長CD活性炭、HD鈦棒芯、UF膜、NF膜的使用壽命。

當(dāng)臭氧水中的臭氧濃度達到滅菌濃度0.3mg/L時，消毒和滅菌作用瞬間發(fā)生，水中剩余臭氧濃度達0.3mg/L時，在0.5～1分鐘內(nèi)就可以100%的致死細菌，剩余臭氧濃度達到0.4mg/L時，1分鐘內(nèi)對病毒的滅活率達100%[10]。

臭氧氧化其它物質(zhì)和有機質(zhì)，最終生成無害的氧氣、水和二氧化碳，剩余臭氧在常溫下半衰期為20～50分鐘，數(shù)小時后全部分解，還原為氧氣。因而臭氧發(fā)生器也成為所有礦泉水、純凈水生產(chǎn)企業(yè)必選的先進殺菌消毒設(shè)備。純氧氣經(jīng)電解生成臭氧氣，經(jīng)氣液混合泵混合于水箱水中,臭氧氣溶水效率達98%，增加了水中的活性氧。臭氧裝置由制氧機、臭氧發(fā)生器、氣液混合泵、儲水罐組成。供水系統(tǒng)為了防止純凈水的二次污染，延長純凈水的存放時間，由微電腦通過氣液混合泵自動完成臭氧氣與凈化水的混合，臭氧投加量為1-5mg/L,接觸時間為4-10min，維持臭氧氣在水中濃度0.5-1mg/L剩馀臭氧濃度。僅30秒起到最佳殺菌功效，殺菌率可達100%。臭氧殺菌不產(chǎn)生有害氣體物質(zhì)、無污染、無殘留物，環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點；臭氧溶于水中，臭氧在水中分解時，所產(chǎn)生氫氧基具有強大的氧化力，可將水中的雜質(zhì)如鐵、錳、臭味、細菌、病毒等迅速清除，并將水分子變小，使水的味道甘甜。且自來水中的氯或鹵代有機物也可完全消除。（詳情請參照《臭氧對水質(zhì)處理之特性》專欄）。并產(chǎn)生負離子。臭氧在水中約20分鐘至30分鐘會分解一半，因此臭氧在水中靜止1小時后很快就會還原成氧氣。臭氧是無毒物質(zhì)安全氣體，在濃度高于1.5mg/L以上時，人員須離開現(xiàn)場，原因是臭氧刺激人的呼吸系統(tǒng)，嚴重會造成傷害，為此，臭氧工業(yè)協(xié)會制定衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：

國際臭氧協(xié)會：0.1mg/L，接觸10小時

美國：0.1mg/L，接觸8小時

德、法、日等國：0.1mg/L，接觸10小時

中國：0.15mg/L，接觸8小時

以上是人在臭氧化氣體環(huán)境下的安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，其濃度與接觸時間的乘積可視為基準(zhǔn)點?！皯?yīng)用臭氧一百多年來，世界沒有發(fā)生一起臭氧中毒事件”。

臭氧濃度以重量百分比表示，分別取0~2.0之間八個數(shù)值，通過接觸裝置反應(yīng)五分鐘后的數(shù)據(jù)。

表1臭氧水濃度與臭氧濃度對照表為：

臭氧濃度0.20.40.60.81.01.52.0

臭氧水濃度0.350.550.750.851.151.652.15

以上結(jié)果表明，臭氧水的濃度與臭氧濃度成線性正比關(guān)系，制備高濃度的臭氧水必須先產(chǎn)生出高濃度的臭氧。因此，在現(xiàn)場使用過程中，很多單位采用了氧氣作為氣源來產(chǎn)生臭氧。在實驗中當(dāng)臭氧濃度(重量百分比)達到3.0時，臭氧水的濃度可達到15mg/L以上。

表2國內(nèi)外公認的臭氧滅菌消毒的實驗數(shù)據(jù)

臭氧消毒投放濃度投放時間病毒、病原體種類殺滅效率

10mg/m320分鐘乙型肝炎表面抗原

（HbsAg）99.99%

0.5mg/L5分鐘甲型流感病毒99%

0.13mg/L30秒脊髓灰質(zhì)炎病毒I型

（PVI）100%

40μg/L20秒大腸桿菌噬菌體

ms298%

0.25mg/L1分鐘猿輪狀病毒SA-H

和人輪狀病毒2型99.60%

4mg/L3分鐘艾滋病毒

（HIV）100%

8mg/m310分鐘支原體（Mycoplasma）、

衣原體（Chlamydia）等

表1臭氧在空氣中的殺菌效果（1ppm=2mg/m3）菌種臭氧濃度(ppm)時間(min)殺菌率(%)菌種臭氧濃度(ppm)時間(min)殺菌率(%)枯草桿菌0.5599.99金黃色葡萄球菌0.30.51000.910100黑曲霉菌1.51.01003.020100酵母菌1.51.01003.540100大腸桿菌0.2199.98鼠傷寒桿菌0.211000.551000.55100乙型肝炎表面抗原HBXAg0.5566宋內(nèi)氏菌0.211000.910660.551003.020100白色葡萄球菌0.211003.5401000.551004.560100表2臭氧水的殺菌效果菌種菌落數(shù)(10個/L)臭氧水濃度(mg/L)處