臭氧消毒杀菌机

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　　　　　　　　　臭 氧 知 识 　　　　

一、 臭氧的发现与历史 
二、 臭氧的用途
三、 臭氧的物理和化学性质
四、 臭氧的制取
五、 臭氧的特性——臭氧的杀菌原理和实验效果

一、 臭氧的发现与历史
　　
　　 1840 年德国科学家舒贝因（Schonbein）将在电机放电时产生的一种异味确定为O3，而命名为OZONE（臭氧）。自此以后，欧洲的科学家率先开始研究臭氧的特性和功用，发现广谱的灭菌效果后，开始工业生产应用，其中瑞典一家牛肉公司用于臭氧对牛肉存储的保鲜，自 1870 年开始，一直沿用至今。
　　 臭氧，是地球上存在的天然物质，因大气臭氧层的存在而广为人知。臭氧是一种强氧化剂和广谱高效杀菌剂，具有独特的腥臭味。
　　 1868年，德·格贝斯（de·Gebeth）获得了臭氧应用技术的第一项专利，用臭氧将煤焦油混合物氧化为适于涂料、油漆使用的产品。
　　 1873年，欧洲将臭氧在食糖精制和亚麻漂白方面投入使用。
　　 1902年，德国帕德博恩建立了第一座用臭氧处理水质的大规模水厂，开创了臭氧水处理的先河，现在世界上已有数千座臭氧水厂欧美、日本、加拿大等国家的自来水厂应用臭氧已达到普及程度。
　　 1904年欧洲就利用臭氧对保存牛奶、肉制品、奶酪、蛋白等食品进行保鲜处理，三十年代末，美国80% 的冷藏蛋库都安装了臭氧发生器。二战后，欧美、日在食品果品、蔬菜保鲜中将臭氧运用到储存、制造、运输等各个环节。在医疗方面，二战时日本就利用臭氧进行人体理疗，俄罗斯则用于强气（臭氧化空气）体育人应用。
　　 1973年建立的国际臭氧协会（IOA）设在加拿大。该协会每两年一次举办国际会议交流各国发展臭氧技术的论文报告，发达国家都普遍建立了IOA 地区性组织，进行学术交流。
　　一百多年来臭氧应用已深入到多个领域，对人类的生产技术发展做出了重大贡献。臭氧应用按用途分为水质处理、化学氧化、食品加工保鲜和医疗四个领域，各个领域的应用研究与设备开发都已达到相当高的水平。世界已经形成了独立的臭氧技术产业和部门。

二、 臭氧的用途

　★ 杀菌除臭，可杀灭空气中细菌、病毒，杀灭地毯中滋生的微生物，消灭感冒病菌，预防流感的发生。臭氧可以迅速而彻底的消减消除空气中、水中的病毒及细菌。据学术单位实验报告指出：水中臭氧浓度在 0.05ppm 时，经处理十至十几分钟，细菌杀灭率在 99% 以上。臭氧能快速杀灭养殖场室内空气中的各种常见的细菌、传染病毒、真菌、支原体、螺旋体等病原微生物，去除因粪便发酵后产生的大量氨气、硫化氢、甲烷等有害气体及粪便臭味，因臭氧有很强的氧化分解能力，可迅速而彻底的消除空气中、水中的各种异味。

　★ 消毒，利用臭氧的强氧化特性可去除装潢、合成板、油漆所释放出来的有毒物质，一氧化碳、农药、重金属、化肥、有机物、臭味、色素等等，经臭氧处理后，都会分解成对人体无害的安全物质。用臭氧来消毒杀菌，决不产生二次污染，其它化学消毒杀菌法与之无法相比。

　★ 保鲜，臭氧分解附着于蔬菜水果中的残余农药和果蔬代谢产物，提高鲜度，使之更耐久存。

　★ 臭氧在水处理中发挥重要作用，可氧化多余或有毒的无机物，如氰化物等，氧化去除水中有机物，特别是微生物难以降解的有机物，如表面活性剂，降低水中 BOD 和 COD ，杀灭水中病毒、细菌，生成洁净无害的消毒水。可广泛应用于饮用水杀菌、中水回用净化、污水处理、温室土壤消毒、游泳池水处理和医院污水处理。因臭氧有很强的氧化作用，所以本身就是很强的漂白剂，可应用于洗衣、食品、废水处理。

　★ 多年来，随着人们对臭氧的认识，臭氧的应用领域将越来越广泛，如： 香料合成，药物制造，合成纤维；油墨涂料的速干，棉纱及纸浆的漂白，肋燃及酿造发酵，合成洗涤剂的脱色，毛皮加工中的除臭，油脂及腊类的精制。

三、 臭氧的物理和化学性质

★ 臭氧的物理性质 ，臭氧有特殊的刺激性臭味（在浓度很低时呈现新鲜气味），在常温常压下呈淡蓝色的气体，是氧气的同素异形体，由三个氧原子组成，化学式为O3 ，分子量是 48 ，比空气重。液体为暗蓝色，固体接近黑色。臭氧能吸收一定波长的红外线、可见光和紫外线。臭氧的相对密度为1.658（空气 =1），气体经冷压处理可呈液体，其密度为1.71（水 =1），沸点为-112.3℃ 。在水中的溶解度比氧气高， 但因臭氧在空气中的分压很小，所以在常态下，臭氧的溶解度仅为每升数毫克。
　★ 臭氧的化学性质 ，臭氧为已知最强的氧化剂之一，仅次于氟，可以氧化大多有机物、无机物。臭氧与其它氧化性物质氧化性强弱对比如下：
　　　　　氟＞氢氧根＞臭氧＞过氧化氢＞高锰酸根＞二氧化氯＞次氯酸＞氯气＞氧气
　　 臭氧稳定性极差，在常温下可自行分解为氧气，1% 浓度以下臭氧在空气（常温常压）中的半衰期为半个小时左右，随温度的升高，分解速度加快。当温度达到270℃高温时可立即转为氧气。1% 水溶液在常温下的半衰期为20分钟左右。所以臭氧不易贮存，需现场制作，立即使用。

　★ 臭氧的毒性：空气中臭氧浓度达0.01～0.02ppm 即可嗅到，浓度达1ppm 时可引起呼吸加速，胸闷等症状，在2.5 ～5ppm 时即会引起脉搏加速、头痛，停留1小时以上可发生肺气肿。工作现场空气中容许的阈限值为0.15ppm 。
　★ 臭氧的腐蚀性，臭氧为强氧化剂，高浓度臭氧可腐蚀某些物品，可使铜片出现绿色锈斑，特别使橡胶老化，颜色变暗等。

四、 臭氧的制取

　　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，电化学法是利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧的方法。电解法生成臭氧具有抽样浓度高、成分纯净、在水中溶解度高的特点，在医疗、食品加工、养殖业及家庭应用等方面具有广泛前景。但电解法生成臭氧的成本比较高。

　★ 光化学法，光化学法实质是仿效大气层上空紫外线促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法，即用人工产生的紫外线促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法。此种方法产生臭氧的优点是对温度、湿度不敏感，具有很好的重复性；同时，可以通过灯功率线型控制臭氧浓度、产量。缺点是臭氧产量低，不适合大规模使用。

　★ 电晕放电法，电晕放电法就是在常压下使含氧气体在交变高压电场作用下产生电晕放电生成臭氧的过程。电晕放电法臭氧发生器是相对能耗较低、单机臭氧产量最大、市场占有率最高、应用最广的臭氧发生装置。电晕放电法分为平板式、玻璃管式、滑轮式三种。平板式按介电体分为玻璃管式、陶瓷表面式；按电极形式可分为网状电极式和管状电极式。下面以平板式为例说明工作原理。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。

五、 臭氧的特性——臭氧的杀菌原理和效果

　　臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌素，臭氧在水中杀菌速度比氯快的多，是氯的 3000 倍。

　　臭氧的广谱杀菌原理，臭氧的杀菌作用是生物氧化过程，臭氧的强氧化作用使微生物细胞中的多种成分产生氧化，从而产生不可逆变的变化而死亡。一般认为，臭氧在灭病毒上是通过直接破坏其核糖核酸（RNA）或 DNA 物质完成的。而杀灭细菌、霉菌类微生物则是臭氧首先作用于细胞壁，使膜构成成份受损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内组织，直至杀死。湿度增加提高杀灭率，是由于高湿度下细胞膜膨胀变薄，其组织容易被臭氧破坏。

　　臭氧杀菌的实验效果

　★ 臭氧对细菌繁殖体。臭氧气体对空气中绿脓杆菌的杀灭作用，在15℃，湿度73% ，臭氧浓度0.08-0.6ppm 时，30分钟内杀灭率达到 99.9% 以上；臭氧对大肠杆菌杀灭率为100% ，对金黄色葡萄球菌杀灭率为95.9% ，对绿脓杆菌杀灭率为 89.8% ，臭氧对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭率分别为99.7% 、99.9%。臭氧可杀灭空气中的白色葡萄球菌99.99%；将臭氧气体通入染有金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、荧光假单胞菌、鼠伤寒沙门氏菌、福氏痢疾杆菌、霍乱弧菌的磷酸盐缓冲液中，作用15秒后，以上细菌全部杀灭；臭氧水溶液杀菌作用强大，且速度极快，浓度为0.3mg/L 的臭氧水溶液作用1分钟，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率均达 100% 。

　★ 臭氧对细菌芽胞。 在臭氧（浓度为 5.5mg/m3）作用下45分钟，可将100mL塑料瓶内滴染的枯草杆菌黑色变种芽胞100%杀灭；在1m3试验柜内，开启500mg/h 的臭氧发生器60分钟可对空气中的枯草杆菌黑色变种芽胞杀灭率达 99.95% ；将臭氧气体通入染菌井水中，臭氧浓度达3.8-4.6mg/L时，作用3-10分钟，水中枯草杆菌黑色变种芽孢杀灭率达99.999% 。

　★ 臭氧对病毒。在臭氧（浓度为10.3mg/m 3 ）作用下30分钟后，乙型肝炎表面抗原（ HbsAg ）的滴度从 1:256 降至 1:64 。臭氧浓度为 13.6mg/m3 时使用30分钟，使 HbsAg 破坏 99.99% ，使用甲型肝炎病毒抗原（HAAg）破坏 100% ；国外实验证明 0.5ppm 的臭氧可灭活空气中的甲型流感病毒 99%；在20 ℃ 水中，臭氧浓度为0.13mg/L时，可以100% 的消灭活脊髓灰质炎病毒 I 型（PVI）。臭氧杀灭活病毒速度极快，当臭氧浓度分别为 0.09mg/L-0.8mg/L 时，在反应最初 5 秒钟内，噬菌体 T2 即可被灭活 5-7 个对数值。 Finch 发现水中含臭氧浓度 40μg/L 时，作用 20 秒钟，可使大肠杆菌噬菌体 ms2 灭活 4 个对数值。 Vaughn 等在 4 ℃ 条件下，对比了臭氧对猿轮状病毒 SA-H 和人轮状病毒 2 型的灭活效果 , 发现两种病毒均能被 0.25mg/L 的臭氧迅速灭活。Crpend 等检测了经臭氧处理后的血清中爱滋病毒 (HIV) 的灭活情况，证明当臭氧浓度为 4mg/L 时，可将滴度为 106CID50/mLHIV 全部灭活，病毒滴度下降 6 个对数值。

　★ 臭氧对真菌。臭氧浓度为 9.6mg/L 时，作用100分钟后，对杂色曲霉与桃色拟毒霉的杀灭率达 100% 。在臭氧浓度为 12.5mg/L — 23mg/L 时，作用 20 — 35 分钟后，对蜡叶枝孢霉、青黑霉、桔青霉，尖镰孢霉，均可达 100% 灭活率。对于烟曲霉、细交链孢霉、爪哇毛霉等，在臭氧浓度为3.85-10.7mg/L 时作用 10-20 分钟灭活率 96.4% 。臭氧在30 分钟内对青霉菌的杀灭率为93.8% ，对毛霉菌的杀灭率为100% 。浓度为15mg/L 的臭氧水溶液作用1分钟，可100% 地杀灭试验中的黑曲霉和酵母。

　★ 臭氧对原虫，Finch 等比较了22℃ 时臭氧对兰氏贾弟鞭毛虫和鼠型贾弟鞭毛虫色曩的灭活效果，当Ct值 0.86mg.min/L 时，可使鼠型贾弟鞭毛虫减少4个对数值，Ct 值为 2.5mg.min/L时，使兰氏贾弟鞭毛虫减少4个对数值。Korich 等比较了臭氧、二氧化氯、氯对净化水中的微小隐孢子虫卵囊的灭活作用试验证明，1ppm 的臭氧作用 5 分钟可以灭活90%的卵囊，1.3ppm的二氧化氯则需作用1小时，80ppm 的氯则需作用1.5小时才能达到同样效果。

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