臭氧发生器的工作原理
臭氧作用机理 |
『杀灭微生物的机理』 Roy等以PV1作为模型病毒，研究了臭氧对肠道病毒的灭活机理。结果证明，臭氧可破坏病毒衣壳蛋白的四条多肽链，并使RNA受到损伤。Mudd报道，臭氧和对其敏感的氨基酸娥基（半胱氨酸残基、色氨酸残基、蛋氨酸残基）发生反应可直接破坏蛋白质。Kim等报告，臭氧作用过程中,可使噬菌体中RNA被释放出来，电镜观察还可见噬菌体被断裂成小的碎片。Christensen等报告,嘌吟和嘧啶经臭氧作用后紫外吸收发生改变。有人还认为臭氧可与细菌细胞壁脂类双键反应，穿入菌体内部，作用于脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细胞溶解、死亡。 |
『除臭机理』 臭氧去除异味性能极好。依靠其强氧化性能可快速分解产生臭味及其它气味的有机或无机物质，臭味的主要成分是胺R3N、硫化氢H2S，甲硫醇CH3SH等。臭氧对其氧化分解，生成物没有气味。 |
『水果保鲜机理』 臭氧在蔬菜水果储藏中的应用除了具有杀灭或抑制霉菌生长防止腐烂作用之外，还具有防止老化保鲜作用，其机理是臭氧可以氧化分解果蔬生理代谢作用呼吸出的催熟剂——乙烯气体C2H4。 其反应过程如下：H2C-CH2+O2→CO2+H2O 乙烯中间产物 C2H2O 也具有对霉菌等微生物的抑制作用。 |
『臭氧水灭菌净化原理』 臭氧在水中时刻发生还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基（OH），瞬间分解水中的有机物质、细菌和微生物。羟基（OH），是强氧化剂、催化剂，使有机物发生连锁反应。反应十分迅速，单原子氧（O）和羟基（OH），对各种致病微生物均有极强的杀灭作用，羟的氧化还原位为2.80V，与氟的氧化能力相当。 臭氧可以对水中的硫化物、氨、氰化物进行降解，有毒的硫化物，氨、氰化物通过与臭氧反应后，产生了无霉的H2SO4、CO2、N2等物质，从而达到净化水的目的。 |
『臭氧的特性及净化原理』 臭氧（O3）是氧（O2）的同素异构体，在水中的氧化还原电位为2.07V，高于氯(1.36V)二氧化氯（1.50），它能破坏或分解细菌的细胞壁，迅速扩散透人细胞里，氧化破坏了细胞内的酶而致死病原菌。 臭氧在水中分解的中间产物氢氧基（OH-）具有很强的氧化性，可以分解一般氧化剂难以破坏的有机物，而且反应完全速度快。 臭氧可以对水中的硫化物、氨、氰化物进行降解，进而达到净化的目的。 |
第二节 三种消毒方式比较
一、采用氯剂消毒：
氯消毒在自来水应用很普遍，有严重的二次污染问题存在。1973年起，荷兰、加拿大、美国等国相继发现，用氯消毒後的自来水中会产生卤代有机物（氯仿、氯胺、溴二甲烷、四氯化碳等THM），这些物质具有致癌性。况且氯消毒易受温度和PH值影响。馀氯还会影响饮用水的口感，特别对於饮料用水，馀氯会使碳酸饮料等饮料制品产生氯的臭味，并使饮料中的95精、色素发生氧化，影响产品质量。
二、采用紫外消毒：
不同的菌致死所需的照射能量差异较大，并且水质对紫外杀菌效果也有影响，紫外线的因光谱波长只在490nm -140nm范围内具有杀菌能力，因此在水中的穿透能力有限，而难以达到理想效果。微生物受到紫外线照射後，气体内的核蛋白质会因吸收紫外线光谱能量而变性，引起新陈代谢障碍，从而丧失繁殖能力。当照射剂量增大一定量时，微生物细胞被破坏致死。紫外线对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：
具有比氯更强的氧化消毒能力，不但可以较彻底地杀菌消毒，而且可以降解水中含有的有害成分和去除重金属离子以及多种有机物等杂质，如铁、锰、硫化物、苯、酚、有机磷、有机氯、氰化物等，还可以使水除臭脱色，从而达到净化水的目的。臭氧适应能力强，受水温、PH值影响较小。臭氧适应范围广，不受菌种限制，杀菌效果比氯消毒和紫外消毒效果好。与氯不同的是残余臭氧可以自行分解为氧气，不会产生二次污染。臭氧处理後的水无色无臭，口感好，能改善饮用水品质。
故此，为了提高瓶装饮用水的质量和延长保质期，国际瓶装水协会（IBWA）建议采用臭氧处理。在臭氧处理前，瓶装水一般用反渗透、纳滤、超滤去除天然水中99%的有机物，降低臭氧的用量。
第三节 臭氧的功能特点
臭氧作为高效广谱无残余、无污染的气体消毒剂，比食品行业常用的消毒剂具有特殊的优越性。
1、氧化能力强，对杀菌、除臭、脱色、去除有机物和无机物都有显著的效果与过氧乙酸、高锰酸钾、甲醛（福尔马林）、二氧化硫（硫磺熏蒸）等化学消毒剂相比，其杀菌能力与过氧乙酸相当，高于其它消毒剂。
2、处理后臭氧会自行分解为氧气，不产生二次污染，消毒后不需通风换气。 常规消毒均需通风换气或化学中和，麻烦而又降低消毒效果。臭氧可直接用于对食品杀菌或防霉保鲜。臭氧杀菌浓度对食品是极微弱的氧化浓度，提高食品质量。
3、臭氧不易贮存，宜边生产边用，使用方便。
4、与紫外线照射杀菌比较: 紫外线以光波辐射作用杀菌，照射到的位置且达到照射强度标准才有杀菌效果。食品加工车间很大，紫外线照射强度与距离平方成反比，强度不够，照射易产生死角。臭氧作为气体，扩散性好，无死角，浓度均匀。 紫外线杀菌在相对湿度60%以上时效果急剧下降，80%湿度以上时反可诱使细菌复活。臭氧则相反，湿度越高杀菌效果越好，对食品行业80%～90%高湿环境特别适合。 食品加工车间安装臭氧设备投资与紫外灯投资相当，而运行费用由于臭氧设备省电、寿命长而大大降低，对于新建车间更为经济。
第三章 臭氧的应用领域
第一节 臭氧应用的行业领域
我国瓶装水采用臭氧杀菌净化工艺最为普遍、积极。粗略估算，矿泉水、纯水、洁净水厂一千多家，约60%已采用臭氧杀菌工艺。
一 自来水的消毒
水是生命之源，人类时刻都离不开水，饮用水质的好坏是关系着每个人的身体健康长寿的基本条件之一，所以如何保证高质量的饮用水是至关重要的事情。传统的自来水处理，普遍采和氯消毒法，氯在水中的杀菌速度较慢，是逐渐进行的，并且有异味，尤其是随着水源受有机化合物的污染会产生氯仿，四氯化碳，溴二氯甲烷等氯化有机物对人体极为有害。
100年以前，即1902年西门子在德国帕德博恩建立第一个大规模臭氧饮用水处理厂以来，在世界上已有千几百个臭氧水厂，在欧洲已达到普及的程度。据1977年的资料报导，法国就有593个；瑞士那样一个人口仅有650万，土地4万平方公里的小国，竟有150座臭氧处理饮用水厂在运行。传统使用氯消毒的美国，日本等国家都在快速扩大臭氧处理自来水。
二 污水处理
由于人类的活动和生活水平提高，城市生活污染水，医疗污水和工业污水的增多，并给环境带来严重的污染，所以世界许多国家都制定污水排放标准。美国在70年代初，开始利用臭氧处理城市生活污水，其主要目的是清毒并除弃亚硝酸盐，悬浮物及脱色，日本则采用臭氧进行循环处理后供给非饮用水使用。工业污水处理主要是对含有氰化物，石油产品，烷酚，苯的衍生物，铁，锰，汞，镍，铅等等重金属及农药等强烈氧化而破坏其毒性。美，日，德，法等国近十几年来都建立了大规模的臭氧污水处理厂。
三 食品行业的消毒保鲜
利用臭氧具有很强的氧化杀菌能力及其无污染性的消毒，除臭，保鲜的应用而日益广泛。早在1904年就有利用臭氧保存牛奶，肉制品的报导，30年代美国80%冷蛋库都装有臭氧发生器，现已推广到食品集装箱，食品冷库车，电冰箱等都在装设臭氧发生器。
四 医疗方面的作用
臭氧的医疗方面的应用，除作为病房，手术室空气消毒以外，还可以用于治病，一些国家利用臭氧治疗烧伤感染，脉管炎溃烂，利用臭氧气体溶于注射液治疗瘘痔，静脉曲张和对爱滋病患者血液消毒。有人利用直接吸入一定的浓度臭氧的空气治疗支气管炎，鼻氧易溶于水，它对水的溶解度每升水可溶解臭氧0.64升，约等氧气对水的溶解度的13倍，用于臭氧水浸洗脚气病等皮肤病也有良好的疗效。用这样的臭氧水可以直接饮用，用于浸洗蔬菜，水果可以杀菌并能弃掉农药的残毒。
五 室内空气净化
在现实生活中，流行性传染病时有发生，严重威胁着人们的身体健康，工作和学习。传染病的传播实际上是病毒和细菌的传播，室内可以利用臭氧发生器产生的臭氧对其进行破坏而达到灭菌、消毒的作用。这?quot;室内"包括家庭及公共场所，例如，戏院，会议室，轮船舱，火车箱，轿车箱，地铁，臭氧量调整得合适都能起到净化消毒的作用。同时，还能起到除弃臭味保持空气清新的作用。
臭氧的杀菌消毒效果 |
臭氧的氧化作用极强，常温下即可使金属及各种有机物氧化，因此，人们对臭氧在以下几个方面的进行了大量研究，并取得了极其满意的结果。 |
『杀菌消毒』：研究表明，臭氧是广谱、高效、快速杀菌剂，一般的杀菌剂对人体有害。臭氧与一般杀菌剂有不同，因为多余的臭氧可以很快分解成氧气，而氧气对人体有益无害。臭氧的杀菌作用是急速的，当其浓度超过一定阈值后，消毒杀菌甚至可以瞬间完成。湿度的提高及温度的降低可增强臭氧的消毒作用，当臭氧溶于水中后有更强、更快的杀菌消毒作用。利用臭氧杀菌消毒没有二次污染，在处理过的水、空气、食品、器具等中不残存任何有害物质，这也是其他杀菌剂无法比拟的优点。 |
日常生活领域 |
日常生活是臭氧技术最广泛应用的领域，发展极为迅速。西方市场上涌现出大量臭氧型家电，如臭氧冰箱，可使食品在冰箱内的保质期延长1-2倍，杜绝食品串味或腐化；臭氧型洗衣机可以洗净除动植物脂肪以外的一切有机污垢，使洗净度提高10%，臭氧型空调不仅可以带来清凉世界，还可以同时消除室内异味、病菌，给人们洁净清新的空气； [空气的除毒、除臭、杀菌] 由于臭氧杀菌彻底、迅速，臭氧水对某些皮肤感染引起的疾病有显著的治疗效果。例如经常用臭氧水洗、泡脚可以有效治疗和预防脚气、脚癣；经常用臭氧水冲洗真菌感染的皮肤病区可以收到显著治疗效果；经常用臭氧水冲洗伤口可以预防伤口感染，促进其愈合；用臭氧水漱口、刷牙可以杀灭口腔牙缝间滋生的细菌，起到保护牙齿、去除口臭的作用。 |
第二节 空气中使用臭氧的参考浓度
用途 | 种 类 | 浓 度 | 使用方法（O3 l ppm=2.14mg/h） |
消毒
| 冷库草 食品车间 病房、手术室 工作服消毒 | 6～10 1.0～1.5 2.5～5 10～20 | 根据库容和污染程度连续开机，主要杀灭霉菌 每天班后开机送O3气体 需要消毒时开机，按标准检查细菌总数 相对湿度90%左右，衣服用衣架挂起 |
防霉保鲜
| 一般场所 鸡蛋 香蕉 苹果 叶绿素少的蔬菜 鱼、干酪 | 1～2 2～2.5 2.5～3.5 2.0 1.5～1 0.5～1 | 定期开机 间断供给O3气体,每天开机2～3次 间断供给O3气体,每天开机2～3次
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除臭净化
| 停尸房 鱼类加工厂 屠宰场 脂肪酸类工厂 橡胶厂 垃圾废物处理厂 污水处理厂 | 3 3 2～3 10 3～10 10 1～2 | 有臭味即开机除臭
抽污染气体进入处理管道。管道内加入O3气体氧化除臭。车间内异味严重，应在车间进风口投加 O3气体，以嗅不到O3气体为止 |
第三节 臭氧应用的范围
一、空间应用
饮食加工车间：果蔬、水产、肉类、制药、乳品
冷 库 保 鲜 ：蒜苔、蔬菜冷库、肉类、鱼类冷库等
更 衣 室 ： 企业、医院、商店等更衣清毒
无 菌 室 ：食品、 医院、 化验室、制药厂
包 装 间 ： 企业卫生要求严格的包装间
除 味 净 化：饮食加工车间、旅馆、饭店
预 防 流 感：家庭、公共场所、汽车
二、水处理
工业用水： 饮食加工、肉类加工、蔬菜加工、海产品加工、油脂加工
饮 用 水： 自来水、纯净水、地下水、小区生活用水
游泳池水： 体育馆、高级宾馆、公共游泳池、公共洗浴池
冲瓶灭菌水：饮料业、果酒加工、乳制品加工、其它无菌加工、包装行业
污水处理： 医院污水、生活污水处理、回收用水（中水）
工序用水：食品加工冲洗用水、水果蔬菜用水、去除果蔬农残
三、化工应用
氧 化 剂 ： 各种化工氧化工艺流程；
漂白脱色：纺织、 造纸
降解重金属： 特殊工艺流程
第四章 臭氧的应用常识
第一节 跟臭氧有关的因素
1. 臭氧的应用主要以发生量来确定：
分为气态下消毒和液态下消毒两大类。臭氧发生量和使用量一般按照发生量的额定发生量乘以时间来确定，但在不同的用途和不同的场所应计出衰减量而后确定。
2、臭氧的消毒效果跟气源有关：
气源的配置直接影响臭氧的发生浓度、产量和纯度，气源一般分为普通气源、干燥空气源、富氧气源和工业氧气气源四种，以上气源的配置，在发生装置相同的情况，浓度和产量依次递增。分几种：
1） 干燥气源 ——空间消毒、自来水处理、游泳池水、养殖水、生产循环水、中水回用等
2） 富氧气源 ——臭氧浓度需求较高的使用场所，如纯净水、矿泉水、污水处理、医药食品车间等
3） 工业氧气源——纯度要求较高、浓度需求较重要、小气量应用场所等
3、注意其对金属的氧化性：
用于大型空间的消毒应用，如医药、食品等行业车间的杀菌消毒，一般应安装专门管路分通到车间内，使臭氧分布均匀，也有的通入中央空调风道管路，但这种方式有时会造成空调风道金属件的腐蚀和臭氧消耗。
4、水处理方面应用形式：
主要配置臭氧溶于水的投加装置，分为曝气式（直接曝气或氧化塔式）、文丘里射流器式、涡轮负吸式、尼可尼泵混合式等几种，以上其溶于水效率可依次提高，尼可尼泵式效率可达95%以上。
1） 曝 气 式：自来水、养殖水、生产循环水、生活污水、工业废水等
2） 文丘里射流式：二次供水、纯净水、矿泉水、养殖水冷却、游泳池水等
3） 负 吸 式：小水体应用
4）气液混合泵式：小水体应用或臭氧消毒水应用
分析项目 | 样品名称及测定结果 | 检测方法 | |
处理前水样 | 处理后水样(通3-10分钟) | ||
色度 | 黑色不透光(加黑墨水) | <５度 | 比色法 |
浑浊度 | <１度 | <１度 | 比浊法 |
耗氧量 | 1.6mg/L | 1.9mg/L | 容量法 |
余氯 | 0.19mg/L | < 0.01mg/L | 光度法 |
五、臭氧处理饮用水效果
第二节 臭氧解毒效果
一、臭氧解毒机电器技术按照GB 4706.1-1998《家用和类似用途电器的安全通用要求》。
样品名称 | 臭氧解毒机工作20分钟 后残余细菌总数cfu/ml | 水样细菌总数cfu/ml | 杀菌率% |
臭氧解毒机 | 63 cfu/ml | 2.80 X 104 cfu/ml | 99.775 |
二、臭氧解毒机降解农药效果
分析项目 | 甲胺磷 | 敌敌畏 | 乐果 | 马拉硫磷 |
臭氧处理前水中农药浓度mg/L | 0.54 | 42.99 | 9.03 | 18.04 |
臭氧处理30分钟后水中农药浓度mg/L | 0.21 | 6.13 | 3.39 | 3.03 |
农药去除率% | 61.11 | 85.74 | 62.46 | 83.20 |
三、悬液定量杀菌试验效果试验效果
试验菌种（菌号） | 作用时间 min | 对照组菌均值 cfu/m | 试验组菌均值 cfu/m | 平均杀灭率 % |
大肠杆菌 | 10 | 4 X 105 | 20 | 99.99 |
8099 | 20 | 4 X 105 | 10 | 99.99 |
金黄色葡萄球菌 | 20 | 8 X 105 | 10 | 99.99 |
（ATCC6538） | 10 | 8 X 105 | 10 | 99.99 |
第三节、臭氧在饮用水处理中的作用
处理水样试验 :
细菌消毒 溶解有机物的微凝聚作用（氧化）
病毒灭活 无机物氧化 洗涤剂 粒状活性炭 农药
可溶性铁和（或）锰的氧化 氰化物 酚 无烟煤
去络合有机物锰（氧化） 硫化物 有机物氧化 砂
除色（氧化） 亚硝酸盐 除藻类 生物过程预处理（氧化）
除臭、除味（氧化） 去除悬浮固体或浊度（氧化）
3.何谓臭氧水:臭氧最适宜的方式是将臭氧溶解於水中，形成所谓“臭氧水”。欧美一些发达国家将“臭氧水”称为“万能水”。它的杀菌速度比氯快许多倍。
4.臭氧水有何作用:臭氧水可对妇女、儿童使用的内衣、内裤、尿布、包被等进行杀菌消毒处理，能起到特别明显的保健作用。臭氧水可对瓜果蔬菜、海产品、肉类进行杀菌消毒，防腐保鲜，清除异味。同时具有降解瓜果、蔬菜表面残留含磷农药的功能。 利用臭氧水，可以清洁皮肤、保养皮肤，减轻化妆品对皮肤的刺激。利用臭氧水冷敷、浸泡烫伤、割伤、撞伤，可加速伤口愈合，防止感染。 利用臭氧水洗泡，可以防止皮肤病及真菌引起的脚气类疾病，同时还可以利用臭氧水洗头，可以清除头发毛细孔处的污垢，减少掉发。
第四节 臭氧机的选择及应用实例：
英国食品冷藏船，其冷藏仓的设计为1000 m3的容积安装10g/h臭氧发生器。
表2-3 1000 m3库容需臭氧/（g/h）
食 品 名 称 | 所 需 臭 氧 | 食 品 名 称 | 所 需 臭 氧 | |
肥肉、奶制品、脂肪多的鱼 冷藏蛋 | 1.0～2.0 1.5～3.0 | 瘦肉 蔬菜、水果(连续使用) | 3.0～5.0 2.0～1.0 |
不同用途的场合所要求的参考浓度见表2-4。
使用臭氧时注意事项：以上摘自现代生物技术与医药科技出版社《实用消毒灭菌技术》
1 作业现场空气中臭氧质量浓度不能超过国家允许标准（0.2 mg/ m3）。
2 用臭氧进行空气消毒必须在密闭空间，人不在现场的条件下进行；消毒后至少过30 min人才能进入。
3 对多种物品有氧化作用，用于物品消毒时，应充分考虑。
第五节 水处理的工艺流程
矿泉水的生产工艺流程： 原水 臭氧
↓ ↓
曝气→砂滤→精滤→灌装→密封
↓
检验
纯净水的生产工艺流程： 原水
↓
砂滤→碳滤→软化→保安过滤→→反渗透
臭氧 → 纯净水
饮料用水的工艺流程根据不同饮料的要求而定。
