(圖文)臭氧是什么
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第一章 臭氧基本知識
什么叫臭氧：
臭氧(O3)，是氧氣(O2)的同素異形體，是由一個氧分子攜帶一個氧原子[O]組成，是一種暫存的狀態。常溫下臭氧是淡藍色，具有草腥味。它在滅菌、去污、漂白、除臭、分解化學物質的過程中，還原成(O2)或生成水(H2O)、二氧化碳(CO2)，不產生二次污染。在自然界中，主要由雷電所產生，它是"天賜的凈化劑"。
1ppm臭氧=1.963mg/m3，臭氧密度ρ=2.144g/I,，空氣密度=1.293 g/I。
臭氧在水中的溶解度大約是氧的10-15倍，在水中穩定性較差。
臭氧的還原性：
臭氧具有不穩定性和很強的氧化能力。臭氧與人們常用的幾種消毒物質還原電位的比較如下：
臭氧易分解，不穩定參比狀態下臭氧的半衰期為22~25分鐘，一個小時的衰退率為61%，在1%的臭氧水溶液中半衰期為16分鐘，且溫度越高，濕度越大，半衰期越短。國際衛生組織對其滅菌功效曾歸納比較，臭氧與其它性質殺菌劑對大腸桿菌的殺滅效果依次為： 臭氧—>次氯酸—>二氧化氯—>銀離子—>次氯酸根—>高鐵酸鹽—>氯胺
臭氧在各方面應用的濃度指標：
| [安全濃度] 臭氧工業衛生標準：國際臭氧協會：0.1 ppm，接觸10小時德、法、日本：0.1 ppm美國：0.1 ppm，接觸 8小時中國：0.15ppm臭氧家用衛生標準：臭氧毒性的起點濃度：0.3ppm，臭氧允許濃度的上限1.5～2.0ppm人對空氣中臭氧可嗅覺的濃度0.02～0.04ppm衛生部臭氧接觸最高允許濃度0.2mg/m3臭氧空氣中毒極限10ppm以上時為刺激范圍1-10ppm時為嗅覺臨界值，0.15ppm時感覺臨界值0.02ppm
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[水中應用濃度] 制消毒水臭氧溶解度在0.1mg/L～10mg/L低值為水消毒凈化，高值為“臭氧水消毒劑”自來水凈化國際常規標準臭氧為0.4mg/L的溶解度值保持4分鐘，即CT值為1.6水中消毒余臭氧濃度保持在0.1～0.5mg/L5～10min可達到消毒目的,清水需0.5～1分鐘肝炎病毒4mg/L，1分鐘內乙肝病毒滅活率為100%0.25～38mg/L時，幾分鐘完全滅活甲肝病毒大腸桿菌20℃時水中臭氧濃度達0.43mg/L時10℃時僅需0.36mg/L，大腸肝菌100%滅絕瓶裝水：0.3～0.5mg/L的溶解度，投加量水2g/m3實踐，臭氧發生器濃度高于8mg/L容易達到礦泉水：在0.4～0.5mg/L時可滿足殺菌保質要求合理的臭氧投放量為1.5～2.0mg/L
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醫用衛生行業： 碗、衣柜、冰箱及廁所消毒《允許臭氧濃度為0.12-0.20mg除封閉的外醫用臭氧消毒柜不小于40 mg/l，時間不小于60分鐘一周后殘留外泄小于0.2mg/l國際自來水廠處理規范為水溶臭氧濃度0.4mg/l, 接觸時間4分鐘。
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臭氧滅菌機理
臭氧具有功效：強氧化性，有四大功用：滅菌、氧化、脫色、除味；
臭氧滅菌特點：具有廣譜性、高效性、環保性、操作方便、使用經濟和性能穩定、壽命長等特點；
臭氧滅菌介紹：臭氧滅菌的過程屬于生物化學反應，臭氧滅菌有以下三種形式：
? 臭氧氧化分解了細菌內部氧化葡萄糖氧化酶；直接與細菌、病毒發生作用，破壞其細胞壁DNA和RNA，分解蛋白質、脂質類和多糖等大分子聚合物，使細菌的物質代謝生長和繁殖過程遭到破壞； ? 滲透細胞膜組織，侵入細胞膜內作用于外膜脂蛋白和內部的脂多糖，使細胞發生通透性畸變，導致細胞的溶解死亡，并且將死亡菌體內的遺傳基因，寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、枝原體及熱原（細菌病毒代謝產物、內毒素）等溶解變性滅亡。 ? 臭氧滅菌屬于溶菌，是一種滅菌方式中最徹底的形式。既然臭氧能殺死病毒、細菌，那么會不會也把健滿面的細胞殺死呢？不會，因為健康細胞具有強人的平衡酶系統，因而臭氧對健康細胞無害。 |
應用臭氧時注意事項：
1. 禁止在有導電氣體或爆炸性介質存在的環境中使用，因為臭氧發生器一般采用高頻高壓電源供電。 2. 臭氧發生器件在高溫或雜質油類含量較高的氣體環境下工作時，特別是開放型發生器器件容易沾污或衍生斑垢，多了會影響發生量，應及時清洗。 3. 要求使用環境：空氣濕度<95%。 4. 臭氧的發生用純氧氣源或光譜方法、水解方法時，臭氧的純正度較高。不會對人體健康產生危害，但如果用普通空氣發生臭氧，電介質材料或器件選用不當時會伴隨產生NOx。 5. 臭氧具有強氧化能力，使用時要注意使橡膠制品、鋼鐵等物品遠離它，以免被腐蝕。另外臭氧會刺激人的呼吸系統，嚴重會造成傷害。 |
臭氧的應用
近年來，臭氧技術作為環保產業的一個重要組成部分，受到越來越多的人的重視。臭氧技術產業屬新興朝陽產業，應用范圍極廣。臭氧按用途分為水處理、食品加工、醫療與公共衛生四個應用領域，各領域應用研究與適用設備開發都達到了很高的水平。從技術上看，一些基本的關鍵技術已解決，只要開拓思路很容易開發一系列適銷對路的產品。臭氧產品功能強，屬高科技產品，市場幾乎尚未開發，潛力極大。因此，抓住時機必然獲得極大的投資收益。
一、水處理
（1）自來水生產：
目前使用臭氧代替氯消毒最主要的因素，也是傳統使用氯消毒的美國、日本等國家都在快速發展采用臭氧處理自來水的主要原因，在于隨著水源受有機化學工業產物污染，氯消毒后會產生氯仿、溴二氯甲烷、四氯化碳等氯化有機物（THM），這些物質具有致癌性，而臭氧處理中氧化作用不產生二次污染化合物。國內的昆明自來水公司、北京田村自來水廠、大慶、勝利、燕山石化等自來水公司，都相繼用臭氧代替氯氣消毒。
（2）礦泉水、純凈水、優質飲用水的消毒殺菌：
用0.1-1.5mg/L臭氧濃度的臭氧水對水生產線管路、容器、瓶、桶進行處理，對細菌、大腸肝菌、酵母菌、黑曲霉菌等具有良好的殺菌效果。
我國瓶裝水采用臭氧殺菌凈化工藝最為普遍，礦泉水、純水、潔凈水廠1000多家，約60%已采用臭氧殺菌工藝。由于技術監督、防疫部門已形成共識，沒有臭氧設備的瓶裝水廠很難在市場上競爭。其關鍵在于處理水應達到0.3~0.5mg/L的臭氧溶解度值，這首先要求投加臭氧量應滿足1m3水2g臭氧的條件，同時必須保證水----氣充分接觸并保持一定的時間。根據實踐經驗，臭氧發生濃度高于8%時容易達到溶解度要求。
（3）污水處理
污水處理包括城市污水、工業污水與醫療污水的處理，主要目的為殺菌消毒、去除污染物質并脫色、除味以達到排放標準。近幾年由于水資源匾乏，行業主管部門制定了工業、生活污水回用的法規，提高了處理標準。
工業污水臭氧用來對電鍍含氰污水氧化、紡織印染污水脫色、精煉污水去酚、烷類物質等。美、日、德、法等國近年都建立了大規模的污水處理廠，我國煉油、印染行業也有試驗性應用。
對工業含酚、氰、有機氨、腈、硝基染料、有機磷、有機氯化合物等的廢水處理。用臭氧水處理污水，可使水中酚、甲醛含量降低98%。用臭氧水處理含有氰化物的水溶液時，氰化物濃度可從15mg/L降到0.25mg/L。
（4）游泳池用水：
目前我國游泳池的水處理大都采用加氯消毒和加CuSO4 抑藻，常會出現因水中氯的含量過低而使細菌、病毒超標，或者水中氯的含量過高而刺激人的皮膚、眼睛、毛發等，難以達到國際游泳聯合會規定的游泳比賽的水質標準。在國際比賽所用的游泳館或一些高檔的水上樂園，均采用國際最先進的臭氧消毒技術，對循環水進行臭氧消毒凈化處理，以保證游泳池的水質標準。
（5）冷卻塔用水：
目前美國冷卻塔協會推薦臭氧處理冷卻循環水技術，可以達到阻垢、除垢、殺菌除藻、防腐蝕與穩定水質的目的，美國臭氧公司已有計算機控制檢測的臭氧冷卻循環水系統在運行，我國很多單位在進行實驗研究，總結經驗。
二、食品行業的應用
（1）冷庫：
臭氧對冷庫、氣調庫中的果品、雞蛋、魚、肉類食品的貯存起到了防霉保鮮之功效。1995年至1996年間，日本、法國和澳大利亞相繼立法，允許臭氧在食品工業中廣泛使用。而美國在食品加工企業的努力推動下，美國電力研究院（EPRI）于1996年組織了臭氧和食品界的科學技術專家委員會，開始調查并評估臭氧應用于食品工業的歷史背景、現狀與前途。委員會利用1年時間對臭氧應用，包括：殺菌、雞蛋消毒、果蔬貯藏、水產品保鮮、肉類保鮮、家禽加工等37個食品加工業所用的臭氧空氣處理進行了文獻檢索、論證及實驗表明，在1997年提出科學結論，明確了臭氧應用與食品加工業符合GRAS標準——這個結果成為美國食品加工業廣泛使用臭氧的基礎。隨后美國食品與醫藥管理局（FDA）放棄了以往在食品加工生產中使用臭氧的限制政策，承認臭氧應用于食品生產過程符合通用安全標準（GRAS）的要求。之后，專家們還對臭氧化水在食品工業上的應用、氣相臭氧在食品加工中的應用、臭氧處理食品的營養影響及處理食品的安全性和毒性等作了相關的研究，這些研究均表明：臭氧作為食品殺菌劑和消毒劑使用是安全無害的，在適宜的用量和良好的加工條件下使用符合GRAS要求。
（2）食品生產用水：
食品生產用水貫穿在產品從原料清洗至最終成形的每一個步驟之中，可以說是實現食品安全生產的最重要保證。資料顯示，我國部分食品生產企業的生產用水，在某種程度上來說，基本上處于沒有質量把關的狀態，也就是說，以不潔凈的水生產出來的食品成品或半成品，很難達到無菌或衛生合格達標的界限。食品生產用水、需要大量的潔凈水，在生產成本中也是一項較大的開支。目前食品生產企業普遍存在兩種狀況：一是使用已被污染的水源；二是加工用水回用或延長使用時間。
應用臭氧技術來保證食品生產用水的安全衛生，是從源頭上解決產品質量控制、從根本上杜絕產品質量問題的最好解決方案。也可生產高濃度臭氧水替代藥物對食品進行消毒。
（3）水產品加工：
臭氧具有強氧化性，能夠分解水中的有機物質、細菌和微生物。羥基（OH）是強氧化劑、催化劑，可使有機物發生連鎖反應，反應十分迅速。羥基（OH）對各種致病微生物有極強的殺滅作用。單原子氧（O）也具有強氧化能力，對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。
（4）水產養殖：
隨著我國工業化進程的加快，海洋污染日益嚴重，近年來多次發生的赤潮、病毒，使魚、蝦、貝類大量死亡，海洋捕撈產量迅速下降，同時給水產養殖業帶來極大的技術困難和經營風險。在丹麥、美國、日本等水產科技發達的國家研制使用循環水處理技術，取得了明顯的效果和巨大的經濟效益。適于水產育苗、池塘養殖、工廠化養殖、種苗越冬和活海鮮儲運，并已在青島、錦州等地投入使用，使我國水產養殖、育苗業跨上一個新臺階，取得了顯著的經濟效益和社會效益。
應用臭氧可降解水中的有機物、氨氮、亞硝酸鹽等物質，并殺滅水中的致病菌和浮游生物。避免因周邊養殖池的污染、病毒而造成的交叉感染。大大提高魚、蝦、貝類育苗和養殖的成活率。
三、醫療應用
(1)病房的空氣消毒：
需要定期消毒的有隔離病房、放射科機房、病區值班室、更衣室、配餐室、病人電梯間、門診候診室、病區走廊等。病房有人的情況下，強調病房的通風，特別是強調自然風的通風對流，保持室內空氣與室外空氣的交換，自然通風不良則必須安裝足夠的通風設施(排氣扇)。病房無人的情況下，用臭氧氣體消毒，每次不少于1小時，每天2至3次。
(2)地面和物體表面消毒：
病房、走廊、檢查室、X光室、B超室、檢驗室、治療室、醫護人員辦公室等場所地面要濕式拖掃，可用18mg/L臭氧水拖地。桌子、椅子、凳子、床頭柜、門把手、病歷夾等可用18mg/L臭氧水擦拭消毒。病房門口、病區出入口可放置浸有2000mg/L有效氯的腳墊，不定時補充噴灑消毒液，保持腳墊濕潤。
（3）醫療污水處理：
醫療污水含有大量的病原細菌和病毒，是傳播疾病的危險污染源之一。醫療污水處理不當極易造成傳染病暴發。因此加強和完善醫療污水處理設施、提高醫療污水的無害化處理技術水平，對有效切斷傳染途徑，保障人民群眾身體健康具有極其重要的現實意義。
武漢康橋環保設備有限公司的醫療污水無害化處理設備統采用全封閉結構，徹底消除氣溶膠大分子攜帶病原微生物對空氣的污染，避免了病原微生物的擴散；不僅污水得到有效的處理達到無害化，而且排放和散發的廢氣都被進行高強度和長時間的消毒，保證從污水處理裝置排除的廢氣是安全無害的。
（4）治療：
A、高濃度臭氧水直接沖洗陰道，治療霉菌性、滴蟲性、細菌性陰道炎和由細菌感染所致的外陰炎、宮頸炎等常見婦科病癥等有奇效。從大量的臨床實踐和使用情況表明，使用高濃度臭氧劑沖洗陰道炎患處平均2.5次/人有效率達100%，治愈率達98%。
B、高濃度臭氧水綜合治療各種因細菌、真菌和病毒引發的皮膚病、性病和肛腸病同樣能收到理想的效果。湖北省軍區專科醫院利用高濃度臭氧水已經成功的進行了皮膚病、性病的治療。高濃度臭氧水直接沖洗傷口有迅速止痛、止癢功效，這對減輕皮膚病人痛苦，穩定病人情緒，避免引發其他病癥（諸如神經性及內分泌紊亂等其他疾病）有很好的輔助治療效果。
C、高濃度臭氧水對燒傷創面消毒殺菌能有效的預防和控制感染，加速創面愈合。
D、對外科手術傷口、口腔手術、產婦會陰切口的消毒、以及創傷外科中的運用前景十分看好。
四、公共衛生
（1）中央空調領域的應用：
藥品生產及醫院手術室對其環境有嚴格的要求，在我國的GMP驗證中推薦了臭氧消毒的方法。利用中央空調凈化系統對空氣進行靜電除塵，并以中央空調系統的循環風作為臭氧的載體，擴散至所控制的整個潔凈區域和封閉空間，對空氣進行徹底殺菌消毒。替代令人頭痛的甲醛熏蒸消毒法，節約了藥劑費用和人力成本。清除積垢可使空調系統的運行效率明顯提高，泵和壓縮機的運行費用降低。同時還可延長設備壽命、改善設備性能。
（2）汽車空調：
用臭氧可以去除汽車內的甲醛味、汽油味、煙味、霉臭味；預防車內駕乘人員甲肝、乙肝、皮膚病等傳染病的交叉感染，消除空調病；消除車內沙發、地墊、羊毛墊上的霉菌、螨蟲細菌等。
（3）飲食、服務行業：
臭氧除了消毒滅菌外，它的去味能力很強，如空氣中的煙味、腥味、臭味等異味，使用臭氧都可以除掉，并能同時殺滅空氣中的細菌。通過調節臭氧的濃度亦適用于星級賓館、酒店、高檔公寓、寫字樓等場所空氣的凈化處理。
目前食堂及餐飲生、熟食品加工過程及用具的清洗、殺菌等環節按照衛生部門的衛生標準，均采用的是傳統的消毒方式（如紫外線、巴氏消毒液、甲醛等）效果都不是很理想，不是消毒不徹底，就是在消毒的同時制造新的污染源。
用臭氧水洗滌瓜果蔬菜，可去除、降解果蔬中的農藥、化肥等有害殘留物。適用于各種水果及生吃的蔬菜如黃瓜、西紅柿、蘿卜等，此方法降解殘余農藥90%以上,且不流失果菜營養。用臭氧水洗滌魚類、肉類、海鮮貝類，可除去腥味，殺滅其表面的細菌，洗滌后的肉質更鮮美，細嫩，有彈性，口感佳。洗滌夏日里的豆類制品（豆腐、豆干、豆絲、素雞、花干等）可延長保鮮時間。手及工作衣物是人體最易感染及傳播細菌的部位，臭氧水在短時間內可有效地殺滅大腸桿菌、蠟桿菌、巨桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌、流腦雙球菌、金黃色葡萄菌、沙門氏菌以及流感病毒，肝炎病毒等多種微生物。
（4）家居裝修：
近幾年來裝修后的家居、寫字樓、高級賓館幾乎100%的發現室內有毒氣體揮發嚴重，如甲醛、苯系物、丙酮、氨氣、氡氣、超高頻、微波存在，濃度大大超過國家頒布的衛生標準。很多人在入住新裝修的住宅或寫字樓后，就感到頭疼、頭暈、惡心、嗓子干疼、發燒、全身無力、疲勞，各類皮膚病、肺心病、心肌炎等也相繼出現，不常出戶的老人、幼童進住后經常生病、住院、幾進幾出、重則誘發癌癥。專家們指出，上述癥狀均是由室內裝飾裝修后產生的有毒氣體造成的。
臭氧是一種強氧化劑，在酸性介質中，其還原電位為＋2.07V，僅次于氟（F2）而居第二位。可以將空氣中的污染物進行氧化分解。對主要污染物的氧化反應方程式如下：
甲醛 ３ＣＨ２Ｏ＋２Ｏ３→３Ｈ２Ｏ＋２ＣＯ２
氨 ２ＮＨ３＋Ｏ３→Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
苯 Ｃ６Ｈ６＋５Ｏ３→３Ｈ２Ｏ＋６ＣＯ２
臭氧在空氣污染治理中的應用：
A．清除由于裝修和建筑材料所帶來的室內ＴＶＯＣ（總揮發性有機化合物）、甲醛、苯、氨等有害污染物。
B．處理由于家具、玩具、皮件等含有甲醛、苯、氨等有害污染物，引起的空氣污染。
C．清除由于人群聚集，通風不良所產生的空氣污染，殺滅空調所產生的大量的各種細菌和病菌，提高、改善辦公室、酒店、室內娛樂場所、公交車廂內的空氣質量。
D．形態非常不穩定可逐漸自行分解為氧氣，所以不存在二次污染。
E．臭氧作用40分鐘，經檢測對甲醛的去除率達81.2%,對氨的去除率達70.7%,對苯的去除率達81.2%,可以除掉90%的有害氣體。
第一節 物理特性
臭氧的主要物理性質列于表1-1。臭氧在不同溫度下的水中溶解度列于表1-2。 表1-1 臭氧的主要物理性質
表1-2 臭氧在水中的溶解度
臭氧雖然在水中的溶解度比氧大10倍，但是在實用上它的溶解度甚小，因為他遵守亨利定律，其溶解度與體系中的分壓和總壓成比例。臭氧在空氣中的含量極低，故分壓也極低，那就會迫使水中臭氧從水和空氣的界面上逸出，使水中臭氧濃度總是處于不斷降低狀態。
化學性質
溫度，℃ | 溶解度，g/l |
0 | 1.13 |
10 | 0.78 |
20 | 0.57 |
30 | 0.41 |
40 | 0.28 |
50 | 0.19 |
60 | 0.16 |
臭氧的英文名字叫OZONE，分子式O3，分子量為48，是氧氣(O2)的同素異形體，由三個氧原子組成，常溫下臭氧是淡藍色，魚腥味氣體，1ppm臭氧=1.963mg/m3
臭氧密度ρ=2.144g/I,空氣密度=1.293 g/I。臭氧在水中的溶解度大約是氧的10-15倍，在水中穩定性較差。
臭氧具有不穩定性和很強的氧化能力。臭氧是由一個氧分子攜帶一個氧原子[O]組成，是一種暫存的狀態。臭氧與人們常用的幾種消毒物質還原電位的比較如下：
臭氧易分解，不穩定參比狀態下臭氧的半衰期為22~25分鐘，一個小時的衰退率為61%，在1%的臭氧水溶液中半衰期為16分鐘，且溫度越高，濕度越大，半衰期越短。臭氧比空氣重，是空氣的1.658倍；臭氧的密度 是2.14g·l (0°C,0.1MP)。沸點是-111°C,熔點 是-192°C。臭氧分子結構是不穩定的，它在水中比在空氣中更容易自行分解。
國際衛生組織對其滅菌功效曾歸納比較，臭氧與其它性質殺菌劑對大腸桿菌的殺滅效果依次為：
臭氧—>次氯酸—>二氧化氯—>銀離子—>次氯酸根—>高鐵酸鹽—>氯胺
臭氧雖然在水中的溶解度比氧大10倍，但是在實用上它的溶解度甚小，因為他遵守亨利定律，其溶解度與體系中的分壓和總壓成比例。臭氧在空氣中的含量極低，故分壓也極低，那就會迫使水中臭氧從水和空氣的界面上逸出，使水中臭氧濃度總是處于不斷降低狀態。臭氧有很強的氧化力，是已知最強的氧化劑之一。臭氧分子是逆磁性的，易結合一個電子成為負離子分子；臭氧在空氣中的半衰期一般為20-50分鐘，隨溫度與濕度的增高而加快；臭氧在水中半衰期約為35分鐘隨水質與水溫的不同而異。
項目 | 數值 | 項目 | 數值 | |
分子量 | 47.99828 | 粘度（液態），Mpa·S在90.2時 | 1.56 | |
熔點(760mmHg)°C | -192.5±0.4 | 表面張力，Mn/m在77.2K時 | 43.8 | |
沸點，°C | -111.9+(-)0.3 | 等張比容（90.2K） | 75.7 | |
臨界溫度°C | -12.1±0.1 | 介電常數（液態，90.2K）,F/m | 4.79 | |
臨界壓力atm | 5.46 | 偶極距，C·m(D) | 1.84*10 (0.55) | |
臨界體積cm3/mol | 111 | 熱容（液態，90-150K），cal/k | 0.425+0.0014*(T-90) | |
密度 氣態°C,0.1Mpa）,g/l | 2.144 | 生成熱，（氣體）在298.15K時 | 142.98 | |
密度 液態（90K），g/cm3 | 1.571 | 生成自由能（氣體），291.15K | 162.82 | |
密度 固態（77.4K）,g/cm3 | 1.728 |
臭氧在不同溫度下的水中溶解度列于表2-2
第二節 化學特性
一、強氧化性：
臭氧是一種強氧化劑，其氧化能力僅次于氟，比氧、氯、高錳酸鹽等常用的的氧化劑都高 。可見臭氧是常用氧化劑中氧化能力最強的。同時臭氧反應后生成的是氧氣，所以臭氧是高效而無二次污染的氧化劑。
二、易分解性：
臭氧很不穩定，在空氣中和水中即可分解為氧氣。其反應式為：2O3→3O2+285kJ
臭氧在空氣中會自行分解為氧氣，每摩爾的臭氧分解為3/2摩爾的氧氣，并放出144.45kJ的熱量，其分解速度隨溫度、PH值的升高而加快，故不易貯存，需邊生產邊用。
三、臭氧的氧化能力極強
表3-3氧化還原電位比較
名稱 | 分子式 | 標準電極電位 | 名稱 | 分子式 | 標準電極電位 |
氟 | F2 | 2.87 | 二氧化氯 | CIO2 | 1.50 |
臭氧 | O3 | 2.07 | 氯 | CI2 | 1.36 |
過氧化氫 | H2O2 | 1.78 | 癢 | O2 | 1.23 |
高錳酸鉀 | MnO4 | 1.67 |
四、臭氧與無機物的氧化反應
除鉑、金、銥、氟以外，臭氧幾乎可氧化元素周期表中的所有元素反應。臭氧可與K、Na反應生成氧化物或過氧化物，在臭氧化物中的陰離子O3實質上是游離基。臭氧可以將過渡金屬元素氧化到較高或最高氧化態，形成更難溶的氧化物，人們常利用此性質把污水中的Fe2+、Mn2+及Pb、Ag、Cd、 Hg、Ni等重金屬離子除去。此外，可燃物在臭氧中燃燒比在氧氣中燃燒更加猛烈，可獲得更高的溫度。
舉例: 1)、臭氧與亞鐵的反應 3Fe + 2O2 → 3Fe + 3O2
2)、臭氧與硫化物的反應 H2S + O3 → SO2 ↑ + H2O
五、臭氧與有機物反應
臭氧與有機物以三種不同的方式反應：一是普通化學反應；二是生成過氧化物；三是發生臭氧分解或生成臭氧化物。如有害物質二甲苯與臭氧反應后，生成無毒的水及二氧化碳。所謂臭氧分解是指臭氧在與極性有機化合物的反應，是在有機化合物原來的雙鍵的位置上發生反應，把其分子分裂為二。臭氧的氧化作用導致不飽和的有機分子的破裂為二。使臭氧分子結合在有機分子的雙鍵上，生成臭氧化物。臭氧化物的自發性分裂產生一個羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子，后者不穩定，由于臭氧的氧化力極強，不但可以殺菌，而且還可以除去水中的色味等有機物，這是它的優點，然而它的自發性分解性、性能不穩，只能隨用隨生產，不適于儲存和輸送，這是它的缺點。當然，如果從凈化水和凈化空氣的角度來看，由于其分解快而沒有殘留物質存在，又可以說成是臭氧的一大優點。
六、殺菌機理
臭氧是一種極強的氣體氧化劑和殺菌、消毒劑，可有效的使微生物細胞由外及內產生多種氧化反應，直接破壞其核糖核酸(RNA)或脫氧核糖核酸（DNA）物質，徹底殺滅細菌、霉菌類微生物。臭氧首先作用于細胞膜，使膜構成成分受損傷，導致新陳代謝障礙，并抑制其生長，臭氧在滲透的同時，直到滲透到膜內組織并破壞其結構。因為在高濕度下細胞膜膨脹變薄，其組織很容易被臭氧破壞，臭氧殺菌時間短，效果明顯。
第二章臭氧消毒原理
第一節臭氧的消毒原理
①臭氧氧化分解了細菌內部氧化葡萄糖氧化酶；
②直接與細菌、病毒發生作用，破壞其細胞壁DNA和RNA，分解蛋白質、脂質類和多糖等大分子聚合物，使細菌的物質代謝生長和繁殖過程遭到破壞；
③滲透細胞膜組織，侵入細胞膜內作用于外膜脂蛋白和內部的脂多糖，使細胞發生通透性畸變，導致細胞的溶解死亡，并且將死亡菌體內的遺傳基因，寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、枝原體及熱原（細菌病毒代謝產物、內毒素）等溶解變性滅亡。由水落石出，臭氧滅菌屬于溶菌，是一種滅菌方式中最徹底的形式。既然臭氧能殺死病毒、細菌，那么會不會也把健滿面的細胞殺死呢？不會，因為健康細胞具有強人的平衡酶系統，因而臭氧對健康細胞無害。
臭氧具有的強氧化性，有四大功用：滅菌、氧化、脫色、除味；
臭氧滅菌具有廣譜性、高效性、環保性、操作方便、使用經濟和性能穩定、壽命長等特點；
臭氧作用機理 |
『殺滅微生物的機理』 Roy等以PV1作為模型病毒，研究了臭氧對腸道病毒的滅活機理。結果證明，臭氧可破壞病毒衣殼蛋白的四條多肽鏈，并使RNA受到損傷。Mudd報道，臭氧和對其敏感的氨基酸娥基（半胱氨酸殘基、色氨酸殘基、蛋氨酸殘基）發生反應可直接破壞蛋白質。Kim等報告，臭氧作用過程中,可使噬菌體中RNA被釋放出來，電鏡觀察還可見噬菌體被斷裂成小的碎片。Christensen等報告,嘌吟和嘧啶經臭氧作用后紫外吸收發生改變。有人還認為臭氧可與細菌細胞壁脂類雙鍵反應，穿入菌體內部，作用于脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，從而導致細胞溶解、死亡。 |
『除臭機理』 臭氧去除異味性能極好。依靠其強氧化性能可快速分解產生臭味及其它氣味的有機或無機物質，臭味的主要成分是胺R3N、硫化氫H2S，甲硫醇CH3SH等。臭氧對其氧化分解，生成物沒有氣味。 |
『水果保鮮機理』 臭氧在蔬菜水果儲藏中的應用除了具有殺滅或抑制霉菌生長防止腐爛作用之外，還具有防止老化保鮮作用，其機理是臭氧可以氧化分解果蔬生理代謝作用呼吸出的催熟劑——乙烯氣體C2H4。 其反應過程如下：H2C-CH2+O2→CO2+H2O 乙烯中間產物 C2H2O 也具有對霉菌等微生物的抑制作用。 |
『臭氧水滅菌凈化原理』 臭氧在水中時刻發生還原反應，產生氧化能力極強的單原子氧（O）和羥基（OH），瞬間分解水中的有機物質、細菌和微生物。羥基（OH），是強氧化劑、催化劑，使有機物發生連鎖反應。反應十分迅速，單原子氧（O）和羥基（OH），對各種致病微生物均有極強的殺滅作用，羥的氧化還原位為2.80V，與氟的氧化能力相當。 臭氧可以對水中的硫化物、氨、氰化物進行降解，有毒的硫化物，氨、氰化物通過與臭氧反應后，產生了無霉的H2SO4、CO2、N2等物質，從而達到凈化水的目的。 |
『臭氧的特性及凈化原理』 臭氧（O3）是氧（O2）的同素異構體，在水中的氧化還原電位為2.07V，高于氯(1.36V)二氧化氯（1.50），它能破壞或分解細菌的細胞壁，迅速擴散透人細胞里，氧化破壞了細胞內的酶而致死病原菌。 臭氧在水中分解的中間產物氫氧基（OH-）具有很強的氧化性，可以分解一般氧化劑難以破壞的有機物，而且反應完全速度快。 臭氧可以對水中的硫化物、氨、氰化物進行降解，進而達到凈化的目的。 |
第二節 三種消毒方式比較
一、采用氯劑消毒：
氯消毒在自來水應用很普遍，有嚴重的二次污染問題存在。1973年起，荷蘭、加拿大、美國等國相繼發現，用氯消毒後的自來水中會產生鹵代有機物（氯仿、氯胺、溴二甲烷、四氯化碳等THM），這些物質具有致癌性。況且氯消毒易受溫度和PH值影響。馀氯還會影響飲用水的口感，特別對於飲料用水，馀氯會使碳酸飲料等飲料制品產生氯的臭味，并使飲料中的95精、色素發生氧化，影響產品質量。
二、采用紫外消毒：
不同的菌致死所需的照射能量差異較大，并且水質對紫外殺菌效果也有影響，紫外線的因光譜波長只在490nm -140nm范圍內具有殺菌能力，因此在水中的穿透能力有限，而難以達到理想效果。微生物受到紫外線照射後，氣體內的核蛋白質會因吸收紫外線光譜能量而變性，引起新陳代謝障礙，從而喪失繁殖能力。當照射劑量增大一定量時，微生物細胞被破壞致死。紫外線對澄清透明的水有一定的穿透力，因此能使水消毒。
三、采用臭氧消毒：
具有比氯更強的氧化消毒能力，不但可以較徹底地殺菌消毒，而且可以降解水中含有的有害成分和去除重金屬離子以及多種有機物等雜質，如鐵、錳、硫化物、苯、酚、有機磷、有機氯、氰化物等，還可以使水除臭脫色，從而達到凈化水的目的。臭氧適應能力強，受水溫、PH值影響較小。臭氧適應范圍廣，不受菌種限制，殺菌效果比氯消毒和紫外消毒效果好。與氯不同的是殘余臭氧可以自行分解為氧氣，不會產生二次污染。臭氧處理後的水無色無臭，口感好，能改善飲用水品質。
故此，為了提高瓶裝飲用水的質量和延長保質期，國際瓶裝水協會（IBWA）建議采用臭氧處理。在臭氧處理前，瓶裝水一般用反滲透、納濾、超濾去除天然水中99%的有機物，降低臭氧的用量。
第三節 臭氧的功能特點
臭氧作為高效廣譜無殘余、無污染的氣體消毒劑，比食品行業常用的消毒劑具有特殊的優越性。
1、氧化能力強，對殺菌、除臭、脫色、去除有機物和無機物都有顯著的效果與過氧乙酸、高錳酸鉀、甲醛（福爾馬林）、二氧化硫（硫磺熏蒸）等化學消毒劑相比，其殺菌能力與過氧乙酸相當，高于其它消毒劑。
2、處理后臭氧會自行分解為氧氣，不產生二次污染，消毒后不需通風換氣。 常規消毒均需通風換氣或化學中和，麻煩而又降低消毒效果。臭氧可直接用于對食品殺菌或防霉保鮮。臭氧殺菌濃度對食品是極微弱的氧化濃度，提高食品質量。
3、臭氧不易貯存，宜邊生產邊用，使用方便。
4、與紫外線照射殺菌比較: 紫外線以光波輻射作用殺菌，照射到的位置且達到照射強度標準才有殺菌效果。食品加工車間很大，紫外線照射強度與距離平方成反比，強度不夠，照射易產生死角。臭氧作為氣體，擴散性好，無死角，濃度均勻。 紫外線殺菌在相對濕度60%以上時效果急劇下降，80%濕度以上時反可誘使細菌復活。臭氧則相反，濕度越高殺菌效果越好，對食品行業80%～90%高濕環境特別適合。 食品加工車間安裝臭氧設備投資與紫外燈投資相當，而運行費用由于臭氧設備省電、壽命長而大大降低，對于新建車間更為經濟。
第三章 臭氧的應用領域
第一節 臭氧應用的行業領域
我國瓶裝水采用臭氧殺菌凈化工藝最為普遍、積極。粗略估算，礦泉水、純水、潔凈水廠一千多家，約60%已采用臭氧殺菌工藝。
一 自來水的消毒
水是生命之源，人類時刻都離不開水，飲用水質的好壞是關系著每個人的身體健康長壽的基本條件之一，所以如何保證高質量的飲用水是至關重要的事情。傳統的自來水處理，普遍采和氯消毒法，氯在水中的殺菌速度較慢，是逐漸進行的，并且有異味，尤其是隨著水源受有機化合物的污染會產生氯仿，四氯化碳，溴二氯甲烷等氯化有機物對人體極為有害。
100年以前，即1902年西門子在德國帕德博恩建立第一個大規模臭氧飲用水處理廠以來，在世界上已有千幾百個臭氧水廠，在歐洲已達到普及的程度。據1977年的資料報導，法國就有593個；瑞士那樣一個人口僅有650萬，土地4萬平方公里的小國，竟有150座臭氧處理飲用水廠在運行。傳統使用氯消毒的美國，日本等國家都在快速擴大臭氧處理自來水。
二 污水處理
由于人類的活動和生活水平提高，城市生活污染水，醫療污水和工業污水的增多，并給環境帶來嚴重的污染，所以世界許多國家都制定污水排放標準。美國在70年代初，開始利用臭氧處理城市生活污水，其主要目的是清毒并除棄亞硝酸鹽，懸浮物及脫色，日本則采用臭氧進行循環處理后供給非飲用水使用。工業污水處理主要是對含有氰化物，石油產品，烷酚，苯的衍生物，鐵，錳，汞，鎳，鉛等等重金屬及農藥等強烈氧化而破壞其毒性。美，日，德，法等國近十幾年來都建立了大規模的臭氧污水處理廠。
三 食品行業的消毒保鮮
利用臭氧具有很強的氧化殺菌能力及其無污染性的消毒，除臭，保鮮的應用而日益廣泛。早在1904年就有利用臭氧保存牛奶，肉制品的報導，30年代美國80%冷蛋庫都裝有臭氧發生器，現已推廣到食品集裝箱，食品冷庫車，電冰箱等都在裝設臭氧發生器。
四 醫療方面的作用
臭氧的醫療方面的應用，除作為病房，手術室空氣消毒以外，還可以用于治病，一些國家利用臭氧治療燒傷感染，脈管炎潰爛，利用臭氧氣體溶于注射液治療瘺痔，靜脈曲張和對愛滋病患者血液消毒。有人利用直接吸入一定的濃度臭氧的空氣治療支氣管炎，鼻氧易溶于水，它對水的溶解度每升水可溶解臭氧0.64升，約等氧氣對水的溶解度的13倍，用于臭氧水浸洗腳氣病等皮膚病也有良好的療效。用這樣的臭氧水可以直接飲用，用于浸洗蔬菜，水果可以殺菌并能棄掉農藥的殘毒。
五 室內空氣凈化
在現實生活中，流行性傳染病時有發生，嚴重威脅著人們的身體健康，工作和學習。傳染病的傳播實際上是病毒和細菌的傳播，室內可以利用臭氧發生器產生的臭氧對其進行破壞而達到滅菌、消毒的作用。這?quot;室內"包括家庭及公共場所，例如，戲院，會議室，輪船艙，火車箱，轎車箱，地鐵，臭氧量調整得合適都能起到凈化消毒的作用。同時，還能起到除棄臭味保持空氣清新的作用。
臭氧的殺菌消毒效果 |
臭氧的氧化作用極強，常溫下即可使金屬及各種有機物氧化，因此，人們對臭氧在以下幾個方面的進行了大量研究，并取得了極其滿意的結果。 |
『殺菌消毒』：研究表明，臭氧是廣譜、高效、快速殺菌劑，一般的殺菌劑對人體有害。臭氧與一般殺菌劑有不同，因為多余的臭氧可以很快分解成氧氣，而氧氣對人體有益無害。臭氧的殺菌作用是急速的，當其濃度超過一定閾值后，消毒殺菌甚至可以瞬間完成。濕度的提高及溫度的降低可增強臭氧的消毒作用，當臭氧溶于水中后有更強、更快的殺菌消毒作用。利用臭氧殺菌消毒沒有二次污染，在處理過的水、空氣、食品、器具等中不殘存任何有害物質，這也是其他殺菌劑無法比擬的優點。 |
日常生活領域 |
日常生活是臭氧技術最廣泛應用的領域，發展極為迅速。西方市場上涌現出大量臭氧型家電，如臭氧冰箱，可使食品在冰箱內的保質期延長1-2倍，杜絕食品串味或腐化；臭氧型洗衣機可以洗凈除動植物脂肪以外的一切有機污垢，使洗凈度提高10%，臭氧型空調不僅可以帶來清涼世界，還可以同時消除室內異味、病菌，給人們潔凈清新的空氣； [空氣的除毒、除臭、殺菌] 由于臭氧殺菌徹底、迅速，臭氧水對某些皮膚感染引起的疾病有顯著的治療效果。例如經常用臭氧水洗、泡腳可以有效治療和預防腳氣、腳癬；經常用臭氧水沖洗真菌感染的皮膚病區可以收到顯著治療效果；經常用臭氧水沖洗傷口可以預防傷口感染，促進其愈合；用臭氧水漱口、刷牙可以殺滅口腔牙縫間滋生的細菌，起到保護牙齒、去除口臭的作用。 |
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