臭氧的应用研究
早在19世纪，人们就认识到了臭氧的特殊作用，臭氧作为一种强氧化剂、消毒剂、精制剂、催化剂等被广泛的应用于水处理、医药卫生、石油化工、食品、造纸及香料提纯等多个部门。
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、医疗制药、化学氧化、食品加工保鲜等四个领域，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，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。
二战以后，国际上臭氧应用技术获到了长足发展。首先，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。矿泉水、纯净水厂家几乎都装备了臭氧设备。美国七十年代初开始利用臭氧处理生活污水，主要是为了灭菌消毒、去除污染物、脱色等达到排放标准。日本则在缺水地区将污水用臭氧处理后作为中水使用。美、日、德、法等国家近年来都建立了大规模的臭氧污水处理厂。其次，工业应用臭氧也已非常普遍，主要用于化工、石油、造纸、纺织和制药、香料工业。食品行业的应用更为普及，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。
目前，国际上在医疗方面已有多种用途：如病房、手术室的空气消毒，利用臭氧水进行医用器械消毒，采用臭氧进行牙科疾病治疗（口腔手术及保持口腔无菌），采用臭氧与放射理疗结合治疗癌症，臭氧水清洗治疗妇科疾病，注射臭氧气体治疗瘘痔、静脉曲张等。在保健方面，日本、台湾流行吸强气（含低浓度臭氧的空气）以强身，用臭氧化水淋浴身体杀体菌和美容。现在流行的高科技美容，事实上就是应用臭氧。
另外，在中华人民共和国卫生部1991年颁布的《消毒技术规范》中，对臭氧的杀菌作用，使用范围及使用方法都有明确的规定。其中，对臭氧的杀菌作用作了明确的肯定：“4.12.2杀菌作用：臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁殖体和芽胞，病毒，真菌等，可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧在水中的杀菌速度较氯快。”这些是国家卫生消毒的法规性标准，对推广臭氧消毒技术是非常有力的支持。
1、臭氧的广谱杀菌效果
人类自发现并使用臭氧以来，科学家一直对臭氧的灭菌性能进行试验，这方面的试验报告很多，以下从几个方面进行综述。
臭氧对细菌繁殖体
李怀恩等观察了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；伍学洲等试验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%，顾士圻等试验，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%。居喜娟等试验用臭氧可杀灭空气中的白色葡萄球菌99.99%；Burleson等试验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；白希尧等发现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
瞿发林等报告，以5.5mg/m3的臭氧作用下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；居喜娟等报道，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%；欧阳川等在动态试验条件下，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
李绍忱等试验发现，经10.3mg/m3浓度臭氧作用30分钟后，乙型肝炎表面抗原（HbsAg）的滴度从1:256降至1:64。史江等报告，臭氧浓度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%；Wolo等实验证明0.5ppm的臭氧可灭活空气中的甲型流感病毒99%；Herbold等报告，在20℃水中，臭氧浓度为0.13mg/L时，可以100%的灭活脊髓灰质炎病毒I型（PVI）。臭氧灭活病毒速度极快，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艾滋病毒(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
汪华明等报道,臭氧浓度为9.6mg/L时，作用100分钟对杂色曲霉与桃色拟毒霉的杀灭率达100%，对蜡叶枝孢霉23mg/L30分钟、青黑霉在12.5mg/L作用35分钟、桔青霉在15.4mg/L作用30分钟，尖镰孢霉在15.5mg/L时作用20分钟，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分钟灭活率达96.4%。伍学洲等发现，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%；白希尧等报告，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。
臭氧的广谱杀菌原理
以上报告说明，臭氧几乎对所有病菌、病毒、霉菌、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果，且灭菌时间来说，迅速无比，是氯的300-600倍，紫外线的3000倍。臭氧的灭菌机理，Roy等研究报告，臭氧可破坏病毒衣壳蛋白的四条多肽链并使RNA受到损伤；Kim等报告，臭氧作用过程中，可使噬菌体中RNA被释放，电镜观察可见噬菌体被断裂成小的碎片。还有人认为，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，从而导致细菌溶解和死亡。
2、臭氧的毒性、腐蚀性及安全性解释
臭氧是无毒物质安全气体，谈到它的毒性主要是其强氧化能力，在浓度高于1.5ppm以上时，人员须离开现场，原因是臭氧刺激人的呼吸系统，造成呼吸系统的应激性反应，严重的会造成可逆性伤害，为此，臭氧工业协会制定卫生标准：
国际臭氧协会：0.1ppm，接触10小时
美 国：0.1ppm，接触8小时
德、法、日等国：0.1ppm，接触10小时
中 国：0.15ppm，接触8小时
以上是人在臭氧化气体环境下的安全卫生标准，其浓度与接触时间的乘积可视为基准点。
文献报告，臭氧浓度在0.02ppm时，嗅觉灵敏的人便可觉察，称为感觉临界值，浓度在0.15ppm时为嗅觉临界值，一般人都能嗅出，也是卫生标准点。当浓度达到1-10ppm时，称为刺激范围，10ppm以上时为中毒限。
事实上安全使用臭氧完全可以保证人的健康不受危害，相反，在呼吸0.1ppm以下浓度臭氧时，对人体会有保健作用。臭氧应用一百多年来，至今世界上无一例因臭氧中毒死亡事故发生。
臭氧具有很强的氧化性，臭氧可以氧化很多金属，铝、锌、铅与臭氧接触会产生氧化腐蚀，但含25％Cr的铬铁合金（不锈钢）基本上不会受臭氧腐蚀。
臭氧对非金属材料也具有腐蚀作用，臭氧对普通橡胶腐蚀作用最大，所以在应用中应使用耐腐蚀的硅橡胶或添加耐腐剂的橡胶制品。
臭氧发生一般采用高压电源供电，所以在有导电气体或含烃类介质存在的环境中应杜绝使用，使用人员须按操作规程安全执行。
|
