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帖子主题:臭氧介绍 |
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臭氧的人工生产早在1857年德国人吉门斯就研制出其发生装置。但由于其体积庞大、臭氧浓度低、成本高等问题一直没有在实际应用中推广。 现在人工生成臭氧的主要方法主要有:电化学法、光化学法及电晕放电法等几种。 ●电化学法 ●光化学法 ●电晕放电法 在两平行面板之间加上交变的高压电源,两电极之间防止玻璃或陶瓷等介电体,当交变高压电作用于两极时,极板间将发生放电现象,此时放电空间流动的氧气在放电作用下发生分解反应,出现游离的氧原子,氧原子再与氧气反应生成臭氧。这种平板式臭氧发生器具有结构简单、可维护性好且性能良好,具备小型化条件,一般小型家用机均采用这种方式。 |
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在地球上,90%的臭氧分布在距离地面25km的平流层,在吸收紫外线方面起着举足轻重的作用。平流层中一旦缺少臭氧,对生物有害的紫外线就会毫无遮挡地照射到地面上,过多的紫外线照射会提高皮肤癌和白内障的发病率,也会影响人类的免疫系统,对地球的生物化学循环和生物的生长、发育、繁殖、分布都会造成严重的危害。 地球上空的臭氧洞,像伤口感染一样,正在不断扩大。本世纪70年代以来,南极上空平流层中的臭氧急剧减少,形成了大家熟知的臭氧洞。南极臭氧洞的面积约为9×l06km2。其他地区有关臭氧减少的报道也屡见不鲜。大气层中的臭氧减少后,更多的紫外线辐射到地球上,会导致一些疾病的发生,破坏地球生态环境。 臭氧是由三个氧原子结合而成的简单分子,它的作用与在大气层中所处的高度密切相关。在地球表面,臭氧扮演着破坏者的角色,因为臭氧具有很强的活性。极易与其他分子反应。在地球表面大量臭氧聚集的地方,生物往往受到危害。地球上90%的臭氧分布在距离地面25km的平流层,在吸收紫外线方面起着举足轻重的作用。平流层中一旦缺少臭氧,对生物有害的紫外线就会毫无遮拦地照射到地面上。最近20年来,平流层的臭氧一直在减少。在欧洲、北美洲和澳大利亚上空的臭氧,冬季和春季减少10%,夏季和秋季减少5%。同时,研究人员发现,在北极上空也出现了臭氧洞,并且正在逐年扩大。根据联合国的一份调查报告,辐射到北半球的有害紫外线与10年前相比上升了5%。一般将来自太阳的紫外辐射按照波长的大小分为三个区,波长在315~400urn之间的紫外线称为UV—A区,该区的紫外线是地表生物所必需的,它可以促进人体的固醇类转化成维生素D;波长为200~280 urn的紫外线称为UV-C区,这部分紫外线不会到达地表造成不良影响;波长为280~315 nm的紫外线称为UV-B区。这一波段的紫外辐射是可能到达地表并对人类和生态系统造成最大危害的部分。正常情况下,大气平流层中的臭氧能吸收99%太阳发射的短波长紫外线,保护地球生灵免遭破坏,是地球生态系统的保护屏障。然而平流层中臭氧的减少损坏了这道屏障。 导致平流层中臭氧减少的原因何在?对多年前,大多数科学家都认为,化学工业排放物会破坏大气层中的臭氧这一认识属无稽之谈。然而时至今日,事实已经证明,正是工业生产的化学物质中的氯自由基,造成了臭氧的分解,从而在平流层中形成臭氧洞。经过多年研究,科学家终于发现,这些氯自由基来源于化工产品如气溶胶、泡沫包装材料和冰箱制冷剂中的氟氯烃。早在65年之前,在研制安全无毒的制冷剂时,科学家发现了氟氯烃。氟里昂就是杜邦公司研制的一种氯氟烃,它很快就取代了家用冰箱里的氨制冷液。后来它又成为汽车空调的主要制冷液。70年代初,工业上每年氯氟烃的用量已达1×106t。氯氟烃的化学性质不活泼。科学家发现,当它存在于大气层较低处时,在几十年里都能保持稳定。它不受可见光的影响,不溶于水,也不易氧化。但是,当处在距离地18km的上空时,氟氯烃呈现出一定的化学话性。太阳光中高能量的紫外线直接照射到氟氯烃分予上,使之分裂为氯原子和自由基,随后发生连续反应,结果一个氯原子就能破坏数万个臭氧分子。 随着平流层中臭氧的减少,愈来愈多的紫外线照射到地球上。科学家分析,过多的紫外线照射会提高皮肤癌和白内障的发病率,也会影响我们的免疫系统。对不同生态系统中生物的生长、发育、繁殖、分布和生物地球化学循环等都会造成一系列的危害。 过去这些年来对臭氧和大气层艰苦探索的结果,使人们认识到了环境的危机和重要,导致了全球对氟氯烃产品的禁用。1987年以来,已经有150多个国家在“蒙持利尔认定书”上签字,目的是在1999年使排放到大气中的氟氯烃的量比1986年减少50%,并且呼吁从1996年l月起完全禁用氟氯烃。即使不再排放,从氟氯烃里释放的氯原子在今后10年里也会不断积累,有些氟氯烃在大气中可以存在100多年,可能要到下世纪中叶,才能使南极上空的臭氧恢复到70年代的水平。臭氧洞在今后几十年中将继续存在,但由于问题发现得早,并且及时采取了有力措施,其危害已大大降低。 |
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中国科学院长春应用化学研究所 蒋秉植 经过多年的实际调查发现,在南极上空臭氧层出现“空洞”这一新现象,引起了世界各国科学家的极大注视。近几年,每逢到8~11月时,美国的观测卫星便在南极上空拍摄照片,观察臭氧层的变化情况,发现臭氧层逐年变薄,并已形成一个相当大的空洞。到目前为止,南极臭氧层空洞(简称为臭氧空洞)的面积已达900万平方公里(见图),其厚度已低于170多布森。在正常情况下,臭氧层的厚度应在300~400多布森之间。 南极臭氧层位于离地面12~50km高度的平流层中间,它的浓度重心约在23km处。由于太阳辐射的光化作用产生臭氧,从而形成臭氧层。臭氧与氧气都是由氧原子组成的,只不过臭氧分子是三个氧原子。尽管臭氧只占那儿空气的400万分之一,但由于臭氧能滤掉99%以上的太阳紫外线辐射,使得太阳光到达地面时紫外线辐射大大减弱。同时,臭氧层还可阻挡宇宙射线,从而保护了地球上人类和生物的安全。 当前,对南极上空出现臭氧空洞的原因有种种解释,归纳起来有如下三点: (1)宇宙高能粒子簇射破坏了臭氧层。美国地球与宇宙研究局局长登·贝克认为,通过人造地球卫星发现,地球每隔27天就有两天半要受到宇宙高能粒子簇射,射向地球的带电粒子,其能量为200~1500万电子伏特。这些带电粒子在地球磁场作用下沿着磁力线向南北两极射去。当南半球冬季到来时,南极大陆处于黑夜,大气中间层的氮、氢化合物在带电粒子的影响下浓度开始升高。当南极大陆出现太阳的早春季节到来时,氮、氢化合物由于气温升高开始发生化学反应,这一过程使臭氧层迅速遭到破坏,因而在南极上空臭氧层出现空洞。由于大气层总环流的稳定性和地球磁场的不同结构,北极磁场比南极磁场较强和均匀,因此这种化学过程只对南极大陆产生影响。 (2)化学反应引起臭氧耗损造成臭氧空洞。怀俄明大学的霍夫曼认为,臭氧层出现空洞是由于工业化产生的氟氯化物(氟利昂)引起的化学反应造成的。氟利昂能破坏离地面25km高大气层里的臭氧,使透过大气层的太阳紫外线增强,导致皮肤癌的患者增加,并有可能影响气候,这种解释最近得到验证。与此同时,他还发现臭氧耗损区气体成份并不均匀,有时臭氧耗损达75%以上的气层与臭氧耗损不到25%的气层相邻,而且臭氧耗损的速率很高,仅25天臭氧就耗去了一半。他还认为,分层现象与化学反应一致,在化学原因造成臭氧耗损后,可能是空气运动导致分层的。 (3)大量废气的排放使臭氧层出现空洞。专家指出,近年来由于在同温层飞行的喷气式飞机和火箭、导弹日益增多,将大量废气排放到高空,臭氧遭到耗损,若不采取措施,任其发展下去,就会严重地破坏臭氧层。空洞的面积将会越来越大。 臭氧空洞这一现象的出现,无疑将会直接或间接地影响地球上的人类安全和万物的生长。臭氧层一旦遭受破坏出现空洞,就会使植物和动物的生态链发生变化,失去平衡,可能造成农作物歉收、气候异常,皮癌发病率上升以及某些物种灭绝等现象出现。另外,南极大陆是地球上唯一没有被污染的地方,是地球的宝库,是科研价值非常高的地方。这里的空气非常新鲜、清洁,可以清楚地看到400km以外的山峰。所以科学家往往以南极为标准,来衡量世界各地被污染的程度。然而,随着南极上空臭氧空洞的出现,如果不注意环境保护,南极大陆就有被污染的可能,那时地球上唯一的较大的一块处女地,也将从地球上消失,这不能不引起人们的高度警觉。 |
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一、什么是臭氧
太阳是一个巨大的热体,表面温度高达6000℃,是地球取之不尽的能量来源。我们都知道,人类肉眼可以看到的“赤橙黄绿青蓝紫”的七彩光是可见光范围的太阳辐射,实际上到达地面的太阳光还有红外线和紫外线等。太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高,如果到达地球表面,就可能破坏生物分子的蛋白质和基因物质,即我们所熟知的DNA,造成细胞破坏和死亡。然而,自然的力量改变了这一过程,地球的大气层就像一个过滤器,一把保护伞,将太阳辐射中的有害部分阻挡在大气层之外,使地球成为人类可爱的家园。而完成这一工作的,就是今天已经妇孺皆知的“臭氧层”。 臭氧与我们熟知的氧气是“亲兄弟”,只是臭氧由三个氧原子构成,而氧气由两个氧原子构成。由于臭氧和氧气之间的平衡,大气中形成了一个较为稳定的臭氧层,这个臭氧层的高度大约在距离地面表面15-25千米处。生成的臭氧对太阳的紫外辐射有很强的吸收作用,有效地阻挡了对地表生物有伤害的紫外线。因此,实际上可以说,臭氧层形成之后,才有了生命在地球上的生存、延续和发展,臭氧层是地表生物系统的“保护伞”。 二、南极臭氧空洞 臭氧层在大气中是极其脆弱的一层气体,如果在零度的温度下,沿着垂直的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个大气压,那么臭氧层的总厚度只有3毫米左右。 科学家在南极地区最早发现了严重的臭氧层破坏。南极是一个非常寒冷的地区,终年被冰雪覆盖,四周环绕着海洋。在过去10-15年间,每到春天南极上空平流层的臭氧都会发生急剧的大规模耗损。极地上空臭氧层的中心地带,近95%的臭氧被破坏。从地面向上观测,高空的臭氧层已极其稀薄,与周围相比像是形成了一个“洞”,直径上千千米,“臭氧洞”就是因此而得名的。臭氧洞可以用一个三维的结构来描述,即臭氧洞的面积、深度及延续时间。1987年10月,南极上空的臭氧浓度下降到了1957-1978年间的一半,臭氧洞面积则扩大到足以覆盖整个欧洲大陆。从那以后,臭氧浓度下降的速度还在加快,有时甚至减少到只剩30%,臭氧洞的面积也在不断扩大。1994年10月观测到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。近年臭氧洞的深度和面积等仍在继续扩展,1995年观测到的臭氧洞的天数是77天,到1996年几乎南极平流层的臭氧全部被破坏,臭氧洞发生天数增加到80天。1997年至今,科学家进一步观测到臭氧洞发生的时间也在提前,1998年臭氧洞的持续时间超过100天,是南极臭氧洞发现以来的最长记录,而且臭氧洞的面积比1997年增大约15%,几乎可以相当三个澳大利亚的面积。这一迹象表明,南极臭氧洞的损耗状况正在恶化之中。 三、臭氧层破坏现状 众所周知,太阳辐射的紫外线对生物有很强的杀伤力。幸运的是,距地球表面25-50公里处有一臭氧层。臭氧是地球大气层中的一种微量气体,它是由三个氧原子(O3)结合在一起的蓝色、有刺激性的气体。尽管臭氧层在地球表面并不太厚,若在气温 0℃ 时,将地表大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压时,臭氧层的总厚度才不过3毫米左右,但它却能吸收太阳辐射出的99%的紫外线。就像地球的一道天然保护屏障,使地球上的万物免遭紫外线的伤害。因此,臭氧层也被誉为是地球的“保护伞”。 1985年,英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现:在过去10-15年间、每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约 30%,有近95%的臭氧被破坏。从地面上观测,高空的臭氧层已极其稀薄,与周围相比像是形成一个“洞”,直径达上千公里,“臭氧洞”由此而得名。卫星观测表明,此洞覆盖面积有时比美国的国土面积还要大。到1998年臭氧空洞面积比1997年增大约 15%,几乎相当于三个澳大利亚大。前不久,日本环境厅发表的一项报告称,1998年南极上空臭氧空洞面积已达到历史最高记录,为2720万平方公里,比南极大陆还大约1倍。 美、日、英、俄等国家联合观测发现,近年来,北极上空臭氧层也减少了20%。在被称为是世界上“第三极”的青藏高原,中国大气物理及气象学者的观测也发现,青藏高原上空的臭氧正在以每10年 2.7% 的速度减少。根据全球总臭氧观测的结果表明,除赤道外,1978-1991年总臭氧每10年间就减少 1%-5%。 自30年代以来,氟氯碳被广泛用作冰箱、冷冻机、空调等设备的制冷剂,聚氨醋泡沫和聚乙烯/聚苯乙烯泡沫中的发泡剂,气雾剂制品中的推进剂,电子线路板、精密金属零部件等的清洗剂及烟丝的膨胀剂等。哈龙则主要用作灭火器中的灭火剂。上述化学物质非常稳定,排到大气中可存留数十年,甚至100年左右,因此最终会破坏臭氧层。 四、臭氧洞是怎样形成的 臭氧洞一经发现,立即引起科学界及整个国际社会的震动。最初对南极臭氧洞的出现有三种不同的解释。一种认为是底层含臭氧少的空气被风吹到平流层的天然结果;第二种解释认为,南极臭氧洞是由宇宙射线在高空生成氮氧化物的自然过程;但是,美国的两位科学家Monila和Rowland指出,正是人为的活动造成了今天的臭氧洞。元凶就是我们现在所熟知的氟利昂和哈龙。 越来越多的科学证据否定了前两种假说,而证实氟利昂和哈龙产生的氯和溴在平流层通过化学过程破坏臭氧是造成南极空洞的主要原因。那么氟利昂和哈龙是怎样进入平流层,又是如何引起臭氧层破坏的呢?我们知道就重量而言人为释放的氟利昂和哈龙的分子虽然都比空气重,但它们在低层几乎不与任何分子发生反应,因此不能通过一般的大气化学过程去除。经过一两年的时间,这些物质于全球范围内在对流层分布均匀,然后主要在热带地区上空被大气环流带入平流层,风又将它从高纬度地区向低纬度地区输送,在平流层内混合均匀。在平流层内,强烈的紫外线照射使氟利昂和哈龙发生分子解离,释放出原子状态的高活性的氯和溴,生成破坏臭氧层的主要物质,它们对臭氧层的破坏是以催化剂的方式进行的。据估算,一个氯原子可以破坏104-105个臭氧分子.而由哈龙释放的溴原子对它的破坏能力是氯原子的30-60倍。而且,氯原子和溴原子还存在协同作用即二者同时存在时,破坏臭氧的能力要大于二者的简单加和。 南极臭氧空洞的形成是包含大气化学、气象学的三维复杂过程,但根源是地球表面人为活动产生的氟利昂和哈龙,氟利昂和哈龙在大气中的寿命很长,一旦进入大气就较难去除,这意味着它们对臭氧层的破坏会持续一个漫长的过程. 五、什么在破坏臭氧层? 大气平流层中距地面 20-40 公里的范围内有一圈特殊的大气层,这一层大气中臭氧含量特别高。大气平均臭氧含量大约是 0.3ppm,而这里的臭氧含量接近 10ppm,高空大气层中 90% 的臭氧集中在这里,所以叫它臭氧层。 臭氧层在保护地球方面具有特别的功能:对于太阳光中与生物无害的可见光和 A 段紫外线,将它们大部分吸收,小部分放行,让它们到达地面杀菌消毒,又不至于对人体健康造成危害。所以说臭氧层是保护地球的无缝天衣。 空调、电冰箱用的制冷剂氯氟烃其商品名叫氟里昂。氯氟烃在低层大气中稳定,游荡 10 年左右的时间进入同温层,直至穿出臭氧层。穿出臭氧层后,在强烈紫外线的作用下,氯氟烃迅速分解,产生氯原子,氯原子极为活泼,专门拆散臭氧分子,使臭氧层逐渐变薄,出现空洞。 人类已经把1500万吨以上的氯氟烃排放到大气中。进入大气中的氯氟烃,只有一部分参与臭氧层破坏作用,大部分还在大气中游荡,因而,虽然现在很多地方已停止生产和使用氯氟烃,臭氧层仍然会继续遭到破坏。何况,除了氯氟烃外,工业废气、汽车和飞机的尾气、核爆炸产物、氨肥的分解物,其中可能含有氮氧化物、一氧化碳、甲烷等几十种化学物质,都是破坏臭氧层的因素。 六、臭氧层保护 氟利昂是美国杜邦公司30年代开发的一个引为骄傲的产品被广泛用于制冷剂、溶剂。塑料发泡剂、气溶胶喷雾剂及电子清洗剂等,哈龙在消防等行业发挥着重要作用、当科学家研究令人信服地揭示出人类活动已经造成臭氧层严重损耗的时候,“补天”行动非常迅速。实际上.现代社会很少有一个科学问题像“大气臭氧层”这样由激烈的反对、不理解,迅速发展到全人类采取一致行动来加以保护。 1985年,也就是Monlina和Rowland提出氯原子臭氧层损耗机制后11年,同时也是南极臭氧洞发现的当年由联合国环境署发起。通过保护臭氧层的维也纳公约,首次在全球建立了共同控制臭氧层破坏的一系列原则方针。 1987年,大气臭氧层保护的重要历史性文件《蒙特利尔议定书》通过。在该议定书中,规定了保护臭氧层的受控物质种类和淘汰时间表,要求到2000年全球的氟利昂消减一半,并制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。 由于进一步的科学研究显示大气臭氧层损耗的状况更加严峻,1990年通过《蒙特利尔议定书》伦敦修正案。1992年通过了哥本哈根修正案,其中受控物质的种类再次扩充,完全淘汰的日程也一次次提前。 从这里我们不仅可以看到人类日益紧迫的步伐,而目也发现,即使如此努力地弥补我们上空的“臭氧洞”,但由于臭氧层损耗物质从大气中除去十分困难,预计采用哥本哈根修正案也要在2050年左右平流层氢原子浓度才能下降到临界水平以下。到那时,我们上空的“臭氧洞”可望开始恢复。臭氧层保护是近代史上一个全球合作十分典型的范例。这种合作机制将成为人类的财富,并为解决其它重大问题提供借鉴和经验。 |
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1.预臭氧化法 预臭氧化处理情况下,从接触室排出的气体再重新喷射到尚未臭氧处理过的水里。在采用臭氧化处理作为饮水处理最后一步的情况下,预臭氧化阶段的臭氧吸收率可再一次达到 90% 。问题依然存在,不过此刻尾气臭氧浓度又降低了 9/10 ,例如 2.08×10 -5 mol/L ( 0.1g/m 3 )取代 2.08×10 -4 mol/L ( 1g/m 3 )。 由于进行预臭氧化处理的原水含有快速反应的溶解物质和疏松物质,尾气里的臭氧能被大量分解。然而,大多数现有水处理厂均未设计有此种用法,因而原水取水口往往是远离臭氧化处理厂。此外,那些有原水流过便于进行臭氧接触的池子或工作区等场所,原来建造时往往没有预见到臭氧接触所需的要求。今后扩建计划时,新设计中原水的预臭氧处理应受到更多关注。 预臭氧化系统需要一台自吸设备,如环流涡轮混合器,或者一座装有适用的不锈钢水封空气压缩机的加压站。为运行此系统,能耗按以下次序排列: 喷射器: 200 (最大 800 ) W·h/m 3 涡轮: 100 (最大 200 ) W·h/m 3 压缩机: 80 (最大 150 ) W·h/m 3 由于臭氧在预臭氧化阶段的利用,可以推断出这些部分的能耗: ±40 W·h/m 3 再接触尾气。 当用富氧气体发生臭氧时,一般是实行尾气循环回到臭氧发生器,这项技术是以氧的经济回用为基础的。此法曾在巴黎市圣 . 莫儿水厂实验过。要成功应用,尾气必须或者被加压或者被吸引通过臭氧生产系统的空气处理装置,如图1 所示。 然而,循环气体内氨气和二氧化碳气含量的逐步富集是此法固有的问题,虽然只是使用空气时如此。所以,为防止臭氧产量下降,排放废气和补充新鲜气体是必要的。为避免微量有机物逐步积累在干燥塔内吸附剂上,它们的有效隔除也是必要的。在循环系统中的某些部位还需要无腐蚀材料或耐潮湿臭氧材料。 接触器尾气中的臭氧并不能使臭氧发生器出口的臭氧浓度有真正提高,这点符合臭氧发生器是在平衡状态下运行的化学反应器原理。 用此法处理尾气带来的额外能耗主要是它们的加压: 80~100 W·h/m 3 。用于气体制备及循环系统的特种防腐材料的附加费用依厂而定,可能在臭氧生产及接触装置费用的 5%~10% 之间变化。 2.稀释法 用通风系统内的新鲜空气稀释含臭氧的尾气往往是一项实用方法。不过,直接达到排放尾气 1.46×10 -9 mol/L 臭氧安全目标所需的稀释比可能是很高的,例如在 5000~10000 之间。所以此法只有在剩余臭氧进一步利用,例如通过预臭氧化,确保适当的大气稀释比如 8~10 ,配接排气烟筒之后才是切实可行的。用机械通风 100~120 的稀释比足够。吸气点压力降 10mmH 2 O ,运行能耗等于 8~10W·h/m 3 尾气。 尽管运行成本极为有利,此项技术还是很少应用。主要问题是巨型离心通风机所产生的噪音超过 60 分贝的容许极限,同时,不同生产条件下气体流量调节的可变性极小并可能干扰臭氧接触的进行。稀释法的实际设计应用是采用装在噪音吸收室内的空气喷射器从而抽出尾气(图2 )。采用这一技术,只需很少控制设备。 比利时诺托梅尔( Notmeir )水厂,在臭氧处理能力不大(最大 6kgO 3 /h )的情况下,臭氧化处理排出的尾气可同内燃机或水泵发动机的废气混合。在后一种情况下剩余臭氧同废气中的杂质起反应。从而,所需的稀释比可降低到 35 (最大),乃至于在极端情况下降到 10 。 3.洗涤法 在喷淋塔内用水来洗涤尾气,对于从尾气中去除臭氧来说不是一种有效的方法,即使接触塔装填有拉希格环。在比寻常浓度高一些的情况下,臭氧浓度能降低 50% 。现时尚未报道过有使用臭氧还原产物的研究。运行能耗实际上受其排气装置的限制,大约为 5 W·h/m 3 。 通过洗涤排气设备使用适当还原剂消除剩余臭氧,乍一看似乎有可能。如果这样必须在排气能耗( 5~6 W·h/m 3 )上加上还原剂用的能耗,估计在 20~50 W·h/m 3 ,依尾气中臭氧浓度而定。洗涤装置方面研究过的最主要的几种还原剂有硫酸亚铁溶液和(或)亚氯酸钠溶液。根据初步研究,此项技术似乎缺乏适应性,因为反应速度不足以将臭氧去除到适当水平。 4.热分解法 热分解法是当前用于消除臭氧处理厂尾气所含臭氧使用最广泛的技术。可采用的主要工艺有三种: ( 1 )单通道电阻加热; ( 2 )通过热交换加热; ( 3 )加热并过热燃烧。 以上三项工艺的相应投资费用比分别为 1 : 2.5 : 1.3 。 臭氧在空气中比在水中更稳定,室温下臭氧在气相的半衰期可由 4~12h 不等。 空气中臭氧的热分解早在 30℃ 即已开始,在 40~50℃ 时显著。在 200℃ 下一分钟内臭氧分解大约是 70% , 230℃ 时 92%~95% 。在 300℃ 或以上时, 1~2s 反应时间内达到 100% 分解(图3 )。
单通道电阻加热工艺是一种具有很大处理能力,易自动化的简单连续流动处理过程。水头损失范围 20~30mmH 2 O. 排出的气体达到 250~300℃ 的高温,废气烟道需要用耐火材料建造,此外,排气管需要加大尺寸以能装在加热装置上。每小时要处理( 300±100 ) m 3 流量的气体时,需要 0.6m×0.6m 的断面。此系统的运行能耗为 130~170 W·h/m 3 尾气。 在热交换器中加热尾气可以通过进气的预热器回收部分热能。此法整体构造比电阻加热所用的要大些,如图 4 所示。运行能耗可根据现有实际使用装置求锝为 85 W·h/m 3 , 由于交换法排气最终温度在 90~100℃, 因此管道可用常规材料制造。
热交换器系统内的水头损失可达到 1mH 2 O ,如此高的数值使系统自动化变化困难。此外,离心通风机难以抵抗湿臭氧化气所造成的腐蚀。所以,它们最好是装在破坏装置之后以便靠抽吸和吹风来排气。对热交换器及风机置于气流上游的情况来说,热交换器必须用抗腐蚀材料制造,如不锈钢 AISI316 或 318 。在此种排列顺序中,风机还必须是水环式的,而且运行费过高。因此,抽气设备最好还是置于破坏装置的出口。如果这样安装,用具有抗腐蚀环氧涂层的常规构造就足够了。使用富氧工艺气体时,上述设备应与适当的安全要求相符。 除直接加热的热交换器外,用间接热交换器也能达到尾气破坏目的,如费勒里希式( Frolich type )间接交换器(图5 )。位于威斯波 · 卡普塞尔( Weesper kapsel )的阿姆斯特丹水厂装有这种装置。在此装置中,加热气体同通入的尾气进行热交换,在出口处尾气达到 200℃ ,热交换量为 60%~70% 。然后预热了的尾气直接进到一台用所装燃油喷嘴运行的燃烧炉内,把尾气加热至 300℃ 。之后炉内的排气直接排到费勒里希交换器预热尾气进气。这种热交换器是用不锈钢制造的并装有硼硅玻璃管,通过它循环加热了的气体。 整个装置的灵活性基于燃烧器系统所允许的大流量波动,即可在设计能力的 5%~100% 之间变化。运行能耗需要 10mL 燃油 /m 3 尾气,以及辅助装置 10W·h/m 3 。 利用适当热交换法预热尾气不仅能节省部分运行费,而且也能降低燃烧区的操作温度。尾气在加热炉内停留时间 120s 的情况下,为达到完全破坏需要 350℃ 。设计还必须确保气体在炉内的充分混合。整个设备占用相当大的空间(图6 )。 图 6 设计的可处理 400m 3 /h 尾气的燃烧炉近似尺寸为:直径 2.2m ,长 10m ,因此,所需的炉体容积约 10m 3 。为保持所需要的温度,除燃烧率外气体总流量也必须予以控制。无二次热交换器时,运行能耗待处理尾气需要 30ml 燃油 m 3 ,同时燃烧器的鼓风和调节等辅助设备还需要 10 W·h/m 3 。 5.吸附法 通过吸附在可燃载体上破坏臭氧,实际上使用的是装有活性炭滤层的上流式过滤器。臭氧通过慢速率燃烧来消耗碳。 基本设计参数是:用 2L (约 1kg )活性炭处理 1 m 3 尾气 /h ,且过滤器炭层装成 1.2m 的厚度。它所产生的水头损失为 0.02~0.03MPa 。为获得完全反应,过滤器炭层最好加热到 60~80℃ 。此项温升又最好是利用将开水在围绕过滤器的半球形热交换器内进行循环的方法来达到。 这项方法常可发展成危险的,能发生严重爆炸的情况。这是由于不稳定的臭氧化反应产物,如过氧化氢类的积累所造成的。也能形成 CO 基,导致氧化碳的高能释放转换。通过往炭层上适量洒水可防止这些危险。此装置还禁止在使用富氧气体发生臭氧情况下使用。 这种方法的一项优点,是它的运行能耗低,待处理尾气只需要 12 W·h/m 3 。 6.催化分解法 尾气中剩余臭氧的催化分解能使臭氧比用活性炭时更快的分解。目前大多数可用催化剂都是同钯有关的,不过,其它金属氧化物诸如氧化锰和氧化镍也是常用的。有时把活性炭催化剂包在某一支撑体上以便于操作,如在铝颗粒上包上钯基催化剂。市场上可买到的催化剂的确切配方往往属制造厂家专有。此外,在此领域方面的现有知识还只是初步的。用于臭氧破坏最广泛的催化剂有可从 Degussa 买到的 C0037 和 E221P ,以及 Harsaw MnO-201T 催化剂。所有这些催化剂当有湿度存在时都很快失效。因此,催化剂持续加热是必要的。 C0037 ( Degusa )催化剂最佳操作温度在 70~80℃ 之间,而再生期间温度必须提高到 120℃ ,但不得超过 130℃ 。硼的酸性氧化物、氧化氮和大部分氮化合物,均可使这种催化剂不可逆地失去活性。在臭氧浓度 2.08×10 -4 mol/L ( 10g/m 3 )下,为获得显著破坏率所需的最短接触时间大约是在 0.4s 。 这种催化剂的速度常数( VN , 1/h )见下表。 表 6-1 与温度的关系 C0037 催化剂臭氧分解率
VN= ( 1/h ) = 处理的尾气体积( m 3 ) / 催化剂体积( m 3 ) × 一个循环周期的时间 此项速度常数是研究中的气体内臭氧浓度的直接函数(图7 )。 有关干燥臭氧化气体于 15℃ 下处理的试验,证实了图 6-7 的基本关系。在室温下,用湿尾气也可达到同等臭氧的定量分解,不过处理循环周期被缩短了。 既然认为臭氧破坏量同加热强度的费用有关,根据我们在布鲁塞尔的经验,催化床的最佳操作温度可能是在 30~40℃ 之间。 E221P 催化剂是一种被说成可比 C0037 耐受更高再生温度的钯催化剂。 8h 再生期间再生温度被提高到 520℃ ,而且在强化热再生过程,由氧化氮和氯化产物产生的失活作用是可逆的。但含硫化合物可使这种催化剂中毒。 在与 C0037 催化剂数据一样的同一基础上, E221P 催化剂至少 99% 臭氧分解的体积比也已求得 [ 起始浓度:( 3±1.5 ) gO 3 /m 3 ] ,如表 6-2 所示。 Harsaw-MnO-201T ( 1/8in )催化剂当用于干燥尾气气体时,于室温下有同等性能。不过,用潮湿尾气时催化剂只给出较低的产率(表 6-3 )。这些含锰催化剂用于为不饱和尾气中的臭氧破坏不大有效。 目前,有关用催化剂作臭氧破坏用的费用和运行特性都需要进一步研究。此处引用的现有数据能给出直接运行费的初步近似值:每立方米待处理尾气约 5W·h ,其中包括催化剂接触层的加热用电。中毒频率和催化剂价格是此法特有的重要经济问题。 表 6-2 E221P 催化剂臭氧分解率
表 6-3 MnO-201T 催化剂臭氧分解率
7.吸附 / 分解法 吸附和分解是辅助臭氧破坏可能采用的另一项技术,也就是在气体循环过程中。硅胶刚活化时,具有从不稳定气体中固着臭氧的特性。此种性能的数据概括于图 8 。理论接触时间等于 8~10s ,同时硅胶逐渐失效。经若干次热再生之后,硅胶的臭氧分解性能被降低。分子筛含有类似硅胶性能的万分,不过失效比硅胶慢一些。而且,在延长运行时间后活化点的失活也不是不可逆的。 关于吸附 - 分解技术操作的严格条件,包括再生期间所吸附臭氧的热分解,需要进一步研究。有关吸附材料反复热再生的磨耗和退化方面更要特别注意研究。 上述这些方法的主要目的是列出能通过吸附从尾气中浓缩臭氧的接触材料,并能将比原来尾气流量体积减少的气体通过加热使之热分解和(或)催化分解。有关这方面主题的资料早有发表,不过,进一步研究一直在进行。最有前途的材料是吸附分子筛。 然而,某些臭氧设备制造厂家关心臭氧吸附到固体表面上可能造成安全问题。这是因为除了臭氧之外挥发有机物也可能浓集在吸附剂表面。如果臭氧和有机物的浓度变得相当高,所吸附有机物的氧化可能同所吸附臭氧的分解一起强烈发生。由于这些可能性,制造厂家建议:先破坏接触器尾气中的臭氧,然后处理过的尾气再循环通过吸附剂。 为了吸附物质热再生的需要,吸附法的可能运行能耗大约是 4~6W·h/m 3 ,作为本节臭氧接触尾气处理原理讨论的总结,可以制成不同装置运行费用的比较表(表 6-4 )。 表 6-4 臭氧尾气处理系统的相对运行费
臭氧浓度检测方法 臭氧是一种强氧化剂,具有很强的杀菌消毒、漂白、除味等特性,因此广泛应用于水消毒、食品加工杀菌净化、食品贮藏保鲜、医疗卫生和家庭消毒净化等方面的产品。在臭氧发生器生产和应用中,一定的臭氧浓度是保证消毒氧化效果、节约能源和防止污染的重要参数。 1. 臭氧发生器产量的标定 发生器的臭氧产量是其最主要、最基本的技术指标,而产量又是通过测定臭氧浓度后计算得出的。严格说,没有测定臭氧浓度的可靠手段就不可能生产出合格产品,目前市场臭氧发生器产量虚报假冒主要表现为没有臭氧浓度指标或不真实。 2. 臭氧浓度保证消毒效果 只有保证和其它消毒杀菌剂一样,只有达到足够的剂量,作用一定时间才能达到消杀效果。例如当臭氧浓度为 0.08~0.6ppm 时,对空气中细菌繁殖体中的大肠杆菌作用 30min ,其平均杀灭率达 84.60~99.9% ,而空气中臭氧浓度为 0.34~0.85ppm 时,作用 10~30min ,其杀灭率可达 99.47~99.97% 。又如臭氧对空气消毒时,当浓度为 0.21mg/L 时,作用 10min 对金黄色葡萄球菌杀灭率达 90.81% ,如提高浓度为 0.72mg/L 时,作用时间仍为 10min ,杀灭率可达 99.99% 。 一般讲臭氧的浓度愈高其杀菌效果愈好。 3. 环境臭氧浓度不能过高 臭氧除了对人类有益的一面外,同时它又是一种对环境污染的物质,我国环境空气质量标准( GB3095-1996 )中规定臭氧的浓度限值( 1 小时平均)一级标准为 0.12mg/m 3 ;二级标准为 0.16mg/m 3 ;三级标准为 0.20mg/m 3 。臭氧的工业卫生标准大多数国家最高限值为 0.1ppm ( 0.20mg/m 3 )。因此利用臭氧消毒杀菌浓度不应过高,臭氧发生器的产量不是越高越好。例如:一般家庭用室内杀菌的臭氧发生器产量应在 200mg/h 左右,最高不要超过 400mg/h 。这样,在臭氧杀菌工作 30~60min 后,室内残余浓度低于果品家卫生标准要求。需要注意的是,一些过敏体质的人,长时间暴露在臭氧含量超过 0.18mg/m 3 的环境下,回出现皮肤刺痒,呼吸不畅,咳嗽及鼻炎等症状。浓度再高,会给人体造成更大的伤害。 4. 臭氧应用工程与设备需要监测臭氧浓度 臭氧发生器发生臭氧能力在很大程度上受气源的湿度、冷却水温度、放电面的老化等影响,所以要经常对臭氧浓度进行检测。对大型臭氧设备,最好在流程中装有高浓度臭氧(气体)检测仪,并有检测混合后水的溶存臭氧检测仪,还有检测排放的尾气中所含臭氧浓度的检测仪。以便控制整个系统处在最佳工作状态。
标准臭氧系统 一、空气源系统如图:
空气源臭氧发生器系统 空气源臭氧发生器系统是指以空气为原料,经过多道工艺干燥处理后的空气送入臭氧合成系统产生臭氧的装置。 压缩机 → 冷凝器 → 贮气罐 → 水过滤器 → 油过滤器 → 冷干机 水过滤器 → 油过滤器 → 干燥机 → 粉尘过滤器 → 换热器 → 减压阀 流量计 → 臭氧合成
二、氧气源系统图:
臭氧在空间消毒应用 1 食品车间 食品加工车间臭氧浓度要求相对较低,一般达到2.5ppm即可。对于不同的食品储存间要根据所储存的物质不同设计不同的臭氧浓度。臭氧投加方式一般采用布管式,对于小车间可采用开放式。 2 制药厂 2.1 计算方法 根据《消毒技术规范》及实际应用经验, 三十万净化级取C = 2.5ppm = 5mg/m3; 十万净化级级取C = 5ppm = 10mg/ m3; 万净化级取C = 15ppm = 30mg/ m3; 百级取C = 20ppm = 40mg/ m3 。 计算方法:利用 HVAC系统集中投加时,臭氧发生器选用按以下方法计算:首先计算实际臭氧消毒体积,实际体积由三部分组成V = V1 + V2 + V3,V1洁净区空间体积,V2空气净化系统体积,V3循环时空气损失体积,实际计算过程中V3等于循环系统总风量的1.2%。 (1)W = C×v/d w:实际选用臭氧发生器的产量,单位为g/h。c:单位体积臭氧投加量。V:实际臭氧消毒体积。d:臭氧衰退系数0.42。 (2)若设计臭氧浓度按空间浮游菌为5ppm,消毒体积10000m3,送风流量100000m3/h V1=10000 m3 V2 = 忽略不计 V3 = 100000×1.2% = 1200 实际臭氧消毒体积V = V1 + V2 + V3 =11200m3 臭氧投加量W = C×V/d = 5×2×11200/0.4208 = 266.159g/h 推荐选择臭氧发生器的产量为280g/h. 2.2 内置式示意图 主机一般安装在中效过滤器后段或高效过滤器前段 臭氧气体杀菌作用的实验效果 提要 试验表明,当臭氧浓度为 0.028mg/L 作用 60 分钟,可将物体表面细菌繁殖体杀灭 99.9% 以上;臭氧浓度为 0.425mg/L 作用 60 分钟时,可将空气中自然菌杀灭 90.47% 。 关键词 臭氧 空气消毒 表面消毒 臭氧为广谱高效杀菌剂。国外最早用于水的消毒,我国近年对其气体消毒的应用日渐广泛。为确证其杀菌作用,在实验室内进行了有关研究,现将结果报告于下。 方 法 试验分两部分,一为表面消毒试验,一为空气消毒试验。前者在装有臭氧发生器的 JR-90-XB型电子盒(臭氧发生器功率为6W)中进行,后者则以JR-88-M型臭氧发生器(功率为15W)在室内进行。两种臭氧消毒设备均为金华消毒灭菌设备厂产。 • 臭氧量的测定 将直径为 3mm塑料管插入臭氧熏蒸消毒空间。当到达规定的各工作时间,用注射器分别抽取50ml气体样本,注入吸收液内。吸收液装于吸收管内,为含1%碘化钾的0.1M磷酸盐冲液(PH6.8)。在30分钟内以721型分光光度计(波长未352mm)测定样本的吸光度,与标准曲线对比,计算出臭氧浓度 [3] 。 • 表面杀菌试验 取无菌平皿,各滴加菌液 0.5ml,在皿底涂布均匀,置37℃温箱干燥10分钟备用。每个平皿滴加一种菌。所用菌液有:金黄色葡萄球菌(ATCC638)、大肠杆菌(ATCC25922)、伤寒杆菌(H901)、痢疾杆菌(杭州市站)与枯草杆菌黑色变种(ATCC9372)芽孢。另取无菌平皿按上法滴加乙型肝炎阳性病人血清并使干燥。每平皿滴加血清量为0.1ml。 将 染 菌 (或 HBsAg)平皿置JR-90-XB型电子保鲜盒内进行消毒处理。到规定作用时间后取出平皿,滴加无菌生理盐水1ml,使菌液重新悬浮,作琼脂倾注培养,并计数每个平皿菌落数。HBsAg样本则以RPHA法测定其残留滴度。 • 空气消毒试验 在关闭门窗的房间内,用 JR-88-M型臭氧发生器进行消毒。消毒前后进行空气中自然菌采样以测定消毒效果。空气采样用平板沉降法,即在室内5个不同位置各放1个不加盖琼脂平板,采样15分钟。样本置37℃温箱培养24小时观察菌落生长数。 结 果 • 消毒时臭氧的浓度 在表面消毒与空气消毒时,分别采样测定了在保鲜盒(容积 88L)与试验房间内(面积为14m 2 ,容积为42m 3 )内臭氧的浓度。保鲜盒内装有JR-90-XB型臭氧发生器一个,试验房间内放置JR-88-M臭氧发生器一台。结果表明,空气中臭氧的浓度随臭氧发生器工作时间的延长而增加(表1)。保鲜盒中浓度之所以偏低,一方面因发生器的功率较小,一方面其密闭性较差。 表 1 消毒时空气总臭氧浓度测定结果 Table 1 The ozone concentration in air during disinfection
• 表面杀菌作用 在保鲜盒内观察了 3 种作用时间的杀菌效果,每种时间放置了 2 个染菌平皿。试验时,室温为 25 ℃,相对湿度为 85% 。结果表明,臭氧对 4 种细菌繁殖体的杀灭作用相似,作用 60 分钟可达 99.9% 以上,对细菌芽孢的杀灭作用较差(表 2 ),对 HBsAg 的破坏作用,作用 60 分钟仅减少 75.0% (表 3 )。 表 2 JR-90-XB 型电子保鲜盒臭氧杀菌作用 Table 2 The bactericidal efficacy of ozone produced by ozone disinfection box (JR-90-XB)
注:括弧内的分母为消毒前每个平皿所含细菌数( cfu ),分子为消毒后每个平皿所含细菌数( cfu ) . Note : The denominators of the figures in parentheses are the bacterial counts (cfu / dish) before disinfection , the numerators are those (cfu / dish)after disinfection. 表 3 JR-90-XB 型电子保鲜盒中臭氧对 HBsAg 的破坏作用 Table 3 The destructive effect of ozone produced by ozone disinfection box (JR-90-XB)on HBsAg
• 空气消毒效果 在体积为 42.84m 3 的门窗密闭房间内,放置 JR-88-M 型臭氧发生器一台,进行空气消毒。经开机 60 分钟,空气中自然菌可减少 90.47% (表 4 )。 表 4JR-88-M 臭氧发生器对空气的消毒效果 Table 4 Efficacy of ozone generator (JR-88-M) in disinfection of air
注:空气总菌量指 5 个平皿采样所得菌落总数 . 消毒前对照采样,空气总菌量为 42cfu 。 Note : The total bacterial count of air denotes the total number of colonies 5 agar plates used for air sampling. The total bscterial count of air before disinfestion wad 42 cfu . 结 语 本研究结果初步表明,在 JR-90-XB 型电子保鲜盒中用臭氧进行熏蒸处理,对物体表面的细菌繁殖体与芽胞以及 HBsAg 均有一定的杀灭与破坏作用,其中尤以对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、伤寒杆菌与福氏痢疾杆菌的效果为好,当臭氧量为 0.028mg/L 时,作用 60 分钟可杀灭 99.9% 以上。使用 JR-88-M 型臭氧发生器在 42m 3 容积房间内进行空气消毒,作用 60 分钟,亦可使自然菌下降 90.47% 。 提要 试验表明,当臭氧浓度为 0.028mg/L 作用 60 分钟,可将物体表面细菌繁殖体杀灭 99.9% 以上;臭氧浓度为 0.425mg/L 作用 60 分钟时,可将空气中自然菌杀灭 90.47% 。 关键词 臭氧 空气消毒 表面消毒 臭氧为广谱高效杀菌剂。国外最早用于水的消毒,我国近年对其气体消毒的应用日渐广泛。为确证其杀菌作用,在实验室内进行了有关研究,现将结果报告于下。 方 法 试验分两部分,一为表面消毒试验,一为空气消毒试验。前者在装有臭氧发生器的 JR-90-XB型电子盒(臭氧发生器功率为6W)中进行,后者则以JR-88-M型臭氧发生器(功率为15W)在室内进行。两种臭氧消毒设备均为金华消毒灭菌设备厂产。 • 臭氧量的测定 将直径为 3mm塑料管插入臭氧熏蒸消毒空间。当到达规定的各工作时间,用注射器分别抽取50ml气体样本,注入吸收液内。吸收液装于吸收管内,为含1%碘化钾的0.1M磷酸盐冲液(PH6.8)。在30分钟内以721型分光光度计(波长未352mm)测定样本的吸光度,与标准曲线对比,计算出臭氧浓度 [3] 。 • 表面杀菌试验 取无菌平皿,各滴加菌液 0.5ml,在皿底涂布均匀,置37℃温箱干燥10分钟备用。每个平皿滴加一种菌。所用菌液有:金黄色葡萄球菌(ATCC638)、大肠杆菌(ATCC25922)、伤寒杆菌(H901)、痢疾杆菌(杭州市站)与枯草杆菌黑色变种(ATCC9372)芽孢。另取无菌平皿按上法滴加乙型肝炎阳性病人血清并使干燥。每平皿滴加血清量为0.1ml。 将 染 菌 (或 HBsAg)平皿置JR-90-XB型电子保鲜盒内进行消毒处理。到规定作用时间后取出平皿,滴加无菌生理盐水1ml,使菌液重新悬浮,作琼脂倾注培养,并计数每个平皿菌落数。HBsAg样本则以RPHA法测定其残留滴度。 • 空气消毒试验 在关闭门窗的房间内,用 JR-88-M型臭氧发生器进行消毒。消毒前后进行空气中自然菌采样以测定消毒效果。空气采样用平板沉降法,即在室内5个不同位置各放1个不加盖琼脂平板,采样15分钟。样本置37℃温箱培养24小时观察菌落生长数。 结 果 • 消毒时臭氧的浓度 在表面消毒与空气消毒时,分别采样测定了在保鲜盒(容积 88L)与试验房间内(面积为14m 2 ,容积为42m 3 )内臭氧的浓度。保鲜盒内装有JR-90-XB型臭氧发生器一个,试验房间内放置JR-88-M臭氧发生器一台。结果表明,空气中臭氧的浓度随臭氧发生器工作时间的延长而增加(表1)。保鲜盒中浓度之所以偏低,一方面因发生器的功率较小,一方面其密闭性较差。 表 1 消毒时空气总臭氧浓度测定结果 Table 1 The ozone concentration in air during disinfection
• 表面杀菌作用 在保鲜盒内观察了 3 种作用时间的杀菌效果,每种时间放置了 2 个染菌平皿。试验时,室温为 25 ℃,相对湿度为 85% 。结果表明,臭氧对 4 种细菌繁殖体的杀灭作用相似,作用 60 分钟可达 99.9% 以上,对细菌芽孢的杀灭作用较差(表 2 ),对 HBsAg 的破坏作用,作用 60 分钟仅减少 75.0% (表 3 )。 表 2 JR-90-XB 型电子保鲜盒臭氧杀菌作用 Table 2 The bactericidal efficacy of ozone produced by ozone disinfection box (JR-90-XB)
注:括弧内的分母为消毒前每个平皿所含细菌数( cfu ),分子为消毒后每个平皿所含细菌数( cfu ) . Note : The denominators of the figures in parentheses are the bacterial counts (cfu / dish) before disinfection , the numerators are those (cfu / dish)after disinfection. 表 3 JR-90-XB 型电子保鲜盒中臭氧对 HBsAg 的破坏作用 Table 3 The destructive effect of ozone produced by ozone disinfection box (JR-90-XB)on HBsAg
• 空气消毒效果 在体积为 42.84m 3 的门窗密闭房间内,放置 JR-88-M 型臭氧发生器一台,进行空气消毒。经开机 60 分钟,空气中自然菌可减少 90.47% (表 4 )。 表 4JR-88-M 臭氧发生器对空气的消毒效果 Table 4 Efficacy of ozone generator (JR-88-M) in disinfection of air
注:空气总菌量指 5 个平皿采样所得菌落总数 . 消毒前对照采样,空气总菌量为 42cfu 。 Note : The total bacterial count of air denotes the total number of colonies 5 agar plates used for air sampling. The total bscterial count of air before disinfestion wad 42 cfu . 结 语 本研究结果初步表明,在 JR-90-XB 型电子保鲜盒中用臭氧进行熏蒸处理,对物体表面的细菌繁殖体与芽胞以及 HBsAg 均有一定的杀灭与破坏作用,其中尤以对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、伤寒杆菌与福氏痢疾杆菌的效果为好,当臭氧量为 0.028mg/L 时,作用 60 分钟可杀灭 99.9% 以上。使用 JR-88-M 型臭氧发生器在 42m 3 容积房间内进行空气消毒,作用 60 分钟,亦可使自然菌下降 90.47% 。
食品工业HACCP中臭氧的应用 臭氧以其特有的气味而得名,它是一种气体强氧化剂,具有杀菌力强,不产生任何残留污染,可直接对食品使用等优点。作为一种广谱高效杀菌剂,其杀菌速度较氯快300—600倍,可以快速杀灭各种细菌繁殖体和芽孢、病毒和真菌,如大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌黑色变种芽孢、黑曲霉、乙型肝炎表面抗原等。臭氧极不稳定,可自行分解成氧,不产生任何残留。臭氧用作杀菌剂的最早试验是1886年由梅利坦斯在法国进行的,最早的实例是1909年法国科隆冷冻厂利用臭氧对冷藏牛肉表面杀菌以提高贮藏期。近年来,臭氧在食品行业的应用得到快速发展,1995-1996年间,日本、法国、澳大利亚相继立法,允许臭氧在食品行业中广泛使用。1997年4月,美国食品与医药管理局(FDA)放弃对食品加工使用臭氧的限制政策,承认臭氧应用于食品过程符合GRAS(通用安全标准)要求。1928年,英国人在我国的天津建立“合记蛋厂”,其打蛋车间就利用臭氧消毒。20世纪30年代末,美国80%的冷藏蛋库都装有臭氧发生器,提高了鸡蛋的储藏期。到了20世纪90年代中期,我国不少中外合资食品企业,在车间的杀菌净化、易腐食品的保鲜、储存仓库及食品船舱等环节都安装了臭氧发生器,后又推广到食品集装箱、食品冷藏车内。 随着人们对化学消毒剂残留造成食品污染的重视,臭氧将成为食品行业的新兴消毒剂得到迅速的推广和使用。
(一)加工车间(库)与加工设备的消毒灭菌
在食品厂,臭氧气体用于食品加工间、贮藏室与加工设备消毒是非常方便、有效的。传统的消毒方法是用甲醛等化学试剂熏蒸,众所周知,甲醛熏蒸的弊病较多,国外近期研究证明,在控制空气微生物方面,臭氧是甲醛和其他化学熏剂的替代物。通过化学雾化、紫外线与臭氧作消毒剂的对照试验,结论是臭氧既有效又无残留,臭氧“大大抑制”了加工设备中大肠杆菌群小球菌和酵母菌的生长。 其方法是将臭氧发生器直接放在空调净化系统的风道中,称为内置臭氧发生器。臭氧随着风道的气流,送入各洁净区,对洁净区进行消毒灭菌,剩余臭氧吸入回风口,由中央空调带走。也可以将臭氧发生器放在中央空调风口的外面,将臭氧打入中央空调的风道中,然后被送入各洁净区,称为外置式臭氧发生器。外置式臭氧发生器安装检修方便,但制造成本要高一点。两种方法消毒效果都是一样的。按照卫生部消毒技术规范的要求,对空气消毒的臭氧浓度是2.55ppm,但事实上,洁净区的消毒不仅是对空气的消毒,实际上还包括了对物体表面的消毒,所以,设计时的浓度一般应大于5ppm。每天上班前开机1小时,就可以保证一天内洁净区的浮游菌和沉降菌达到SSOP的要求。
对于没有通风口或只有进风口,没有回风口的洁净区、实验检验区等,公司专门为此设计的LH系列产品,能迅速将臭氧传送到空间内的各个地方,电脑定时控制,无死角,易移动使用,可达到百级洁净度。
(二)空间的消毒灭菌
速冻食品、冷饮食品、肉蛋奶制品加工车间与包装车间利用臭氧消毒效果好。同时可去除异味污染。一般5mg/M3臭氧即可达到80%以上的空气杀菌率。 对于中央空调净化系统以外的洁净区,或需要灭菌的其他房间则需单独进行灭菌处理。方法是选用臭氧发生器,直接安装在该房间内。根据需要设定消毒时间,消毒结束便自动关机,所以使用非常方便。按房间空间体积的大小选型使用。只要满足臭氧浓度的要求,就可以达到消毒灭菌的目的。比用化学试剂对房间的熏蒸要省事得多,可完全代替化学熏蒸,缩短消毒时间,避免二次污染。 在食品生产过程中,常常要对原材料、工具器材、包装物、生产场所等进行物体表面消毒。传统的方法是用紫外线消毒,但消毒不彻底,存在消毒死角,衰减快,对于特定环境中的某些细菌无法杀死等种种弊端。《消毒技术规范》中介绍,对于浸没在臭氧气体中的物体表面,接触一段时间,可将表面细菌杀死。 附:空气净化灭菌系列产品简介 适用范围: 1、配合空调净化通风(HVAC)系统的HTH系列 :该系列臭氧产量大,为分体设计,作空气消毒灭菌和加工车间大消毒; 2、台式可移动的LANHUA系列:用于局部及单间灭菌(空气和表面),包括控制区包装车间设施等消毒灭菌。 3、HTH系列:配合车间顶部不锈钢管曝气系统,对整个车间进行消毒。 4、LH-G灭菌消毒柜系列:用于工作服、包装材料,各种物料、器皿等消毒灭菌。 (四)水的消毒灭菌 据不同的水质要求,采用不同的工艺流程,消毒工艺则用一般的臭氧水处理方法即可达到满意的效果。 (五)食品设备、容器、工具、生产过程的消毒灭菌
在蔬菜加工中的应用,如小包装蔬菜如传统的榨菜、萝卜、小黄瓜等食品加工中,很多企业为延长产品的保质期,往往采用包装后高温杀菌的工艺,这样不仅对产品的色泽、质地等带来了不利的影响,而且还消耗了大量的能源。利用臭氧水冷杀菌新技术可避免传统加工工艺对产品质量带来的不利影响,并且可提高产品质量,降低生产成本。 在水产制品加工中的应用,在冷冻水产品的冻前处理中,通过臭氧水喷淋杀菌对水制产品的卫生指标可以起到很好的控制作用。 在冷库中的应用主要有三个方面:一是杀灭微生物—消毒杀菌;二是使各种有臭味的无机物或有机物氧化—除臭;三是使新陈代谢产物氧化,从而抑制新陈代谢过程。 设计依据 1、对方企业提供的相关数据; 2、国家医药管理局《GMP验证指南》; 3、卫生部《消毒技术规范》; 4、《食品生产企业HACCP体系咨询与审核》; 5、《HACCP实用指南》; 6、《食品生产企业HACCP体系实施指南》。 设计原则 1、方案严格执行国家和当地的卫生、安全等法规,经本方案处理的空间,其微生物各项指标均能达到甲方所要求的标准。 2、设计中坚持科学态度,以体现技术先进、经济合理、安全可靠、操作简单、运行方便的特点。 一、臭氧灭菌在药品生产上的应用 1、传统灭菌方法的缺陷和臭氧灭菌的特点 传统的灭菌方法主要有三种:一是紫外线灭菌,二是试剂灭菌,三是加热灭菌。这些方法已被人们习惯使用,其安全性可靠性已被长期的实践所确认,人们对它们放心。但是任何事情都有一分为二的它们也有各自的缺陷。 紫外线以光波辐射作用杀菌,光波为直线传播,其照射强度与距离平方成反比,只有照射到的位置且达到照射标准才有杀菌效果。并且所有紫外灯的杀菌能力随使用时间的增加而减弱。紫外线灭菌的主要问题在于:它穿透能力小,在紫外线照射不到的地方,消毒效果不好;其杀菌能力随着使用时间的增加而减小,而且灯管寿命短,更换过于频繁,运行费用高。 化学试剂灭菌,药味大,不能自然排出,需要空调长时间置换新风,从而增加了能耗。同时也存在二次污染的问题,剩余的药物直接排入大气,造成对周围环境的污染.如甲醛熏蒸,操作麻烦,熏蒸时间长,有二次污染物,对人体有一定的危害。做一次甲熏蒸需8个小时,残留物附着洁净的墙壁上和设备的表面上,需要擦除。在消毒后的几天内,其悬浮粒子数会增加。而且要求风管为不锈钢管,这也增加了一次性投资费用。 加热灭菌包括干热和湿热,其缺点是温度高,能耗大,有的物品如原材料,仪器仪表,塑料制品等就不宜加热。 以上三种灭菌方法的弊端是客观存在,但在没有更好的方法替代之前,人们还只好用它。如果能够做到充分发挥臭氧的优点,弥补上述方法的缺点,就为臭氧灭菌进入药品生产开辟了通道。 臭氧消毒灭菌有它许多独特的优点:
附:在我国的GMP验证中,对臭氧有一段全面的介绍:
臭氧浓度运用参考
—空间、器具、容具消毒、保鲜、除臭净化
臭氧运用—空间、器具、容具消毒、保鲜、除臭净化 空气中使用臭氧参考浓度(1ppm=2.14mg/m3)
摘自:化学工业出版社,2003.3《臭氧技术及应用》 使用臭氧时应该注意的几点如下表
臭氧运用---水处理 目前在世界范围内,纯净水、天然水(山泉水、矿泉水、地下水等经过过滤等工序制成),已普遍采用臭氧消毒。在自来水臭氧净化应用时,国际常规标准为0.4mg/L的容解度保持4分钟,即CT值为1.6。下表为参考值。
参考资料 1、卫生部《消毒技术规范》,1991;12 2、技术监督局,卫生部,《消毒与灭菌效果的评价方法和标准》GB15981-1995 3、国家医药管理局推行GMP、GSP委员会《药品生产验证指南》.1994;4 4、化学工业出版社,2003.3《臭氧技术及应用》 5、李汉忠.《洁净消毒剂—臭氧》.1996;6 6、解放军第二军医大薛广波.《实用消毒学》人民出版社1996;648-472 7、南京军区后勤部军事医学研究所史江等《消毒与灭菌》1989(3):143 8、白希尧等《臭氧及其应用研究》 9、HACCP中国——《HACCP实用指南》、《食品生产企业HACCP体系实施指南》、《食品生产企业HACCP体系咨询与审核》 摘 要 本文介绍了臭氧灭菌的机理、影响因素、特点及在食品中的应用 臭氧在果蔬保鲜的应用 臭氧是氧的同素异构体,为强氧化剂;其降低农药,去除细菌效果是氯气的1.5倍,其杀菌速度比氯气快600—3000倍。臭氧在室温下自然衰变为氧气,衰变期为15分钟到25分钟。臭氧在水中则迅速转化为“生态氧”,而且没有残留问题。臭氧是高效、快速的除药杀菌剂。它可以迅速地在短时间内使农药残留物化解,使细菌、病毒迅速被消灭。 臭氧不仅具有消毒、灭菌、除臭、脱色等作用,而且还有改变植物呼吸状态,激活植物细胞,解毒,分化有机不纯物质等等许多有益于人类和环保“正向化”作用。臭氧通过水介质能有效地降低和歼灭在膳食物中的农药、化肥和生物激素残毒及各种病菌、病源菌,降低污染对人类的危害。 用臭氧水浸泡蔬菜、水果,可由表及里的杀灭细菌、病毒,降解化肥、农药残留,激活植物细胞,使您吃到天然滋味、营养丰富的果蔬,吃起来更放心,其农药残留可去除95%以上,营养不流失,保鲜时间长。 用臭氧水浸泡肉鸡、生肉、冻鱼、冻虾,可杀灭屠宰、运输过程中携带的有害病菌,降解饲养过程中吸收的生物激素、抗生素、荷尔蒙等对人体有害的物质,还可去除腥味,让您吃上放心的鸡、鱼、肉、蛋,味道更加鲜美。 用臭氧水可漂白衣物表面的脏污及染剂的颜色,并可杀菌及分解杂质,减少水源污染,不会有化学洗涤剂残留而刺激皮肤,又有预防皮肤病和香港脚等效果。 将米用水淘净,,可降解农药化肥残留,再用O3净化水煮饭。煮出的米饭香醇可口,富有营养。(不要使用铝制品容器) 由于臭氧最终将还原于氧气和水,不留任何残余物质,因而对环境无任何污染。
臭氧在有中央空调净化车间应用 系统设计依据与原则
然后确定整个洁净厂房洁净度级别 根据《消毒技术规范》及实际应用经验,三十万级取C=2.55ppm=5mg/m3;十万级取C=5ppm=10mg/m3;万取C=15ppm=30mg/m3;百级取C=20ppm=40mg/m3。
举例: 工程技术参数
臭氧发生器安装位置有以下几种方法: 臭氧消毒代替化学试剂薰蒸灭菌,实现了洁净室空调系统节能。
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l 范围 本规范规定了生活饮用水及其水源水水质卫生要求。 2 引用资料 生活饮用水检验规范 (2001) 3 定义 3.1 生活饮用水:由集中式供水单位直接供给居民作为饮水和生活用水,该水的水质必须确保居民 终生饮用安全。 4 生活饮用水水质卫生要求 4.1 生活饮用水水质应符合下列基本要求
注: ①表中NTU为散射浊度单位。②特殊情况包括水源限制等情况。③CFU为菌落形成单位。④放射性指标规定数值不是限值,而是参考水平。放射性指标超过表1中所规定的数值时,必须进行核素分析和评价,以决定能否饮用。 4.2.2 生活饮用水水质非常规检验项目
注: ①三卤甲烷包括氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷共四种化合物。 5 生活饮用水水源水质要求 5.1 作为生活饮用水水源的水质,应符合下列要求。 6 水质监测 6.1 水质的检验方法应符合《生活饮用水检验规范》(2001)的规定。 7 本规范由卫生部负责解释。 8 本规范自二00一年九月一日起施行。
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想请教您一个问题,最简便易行,可操作性强的水中臭氧浓度检测方法是什么?
在哪里可以买到相关设备?谢谢. |
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一口气说这么多 我们要写调查报告 嘿嘿 3Q拉
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