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生物洁净室臭氧消毒的残余污染研究

【发布时间:2011-04-20】 【查看次数:2394】
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      摘要:近年来,臭氧技术已在医学、卫生、食品、食品储藏保鲜、污水处理和饮用水杀菌消毒等行业广泛应用,取得了显著效果。高浓度臭氧消毒后,臭氧在室内的衰减便成为暖通界关注的问题之一。本文实际测试了一间臭氧消毒的制药洁净厂房,利用质量平衡模型和一阶衰减模型(the first-order decay model),理论上得到臭氧的衰减浓度曲线,再与实际测得的臭氧的衰减浓度曲线进行比较,进而分析理论计算值和实际测量值之的差异以及产生这些差异原因,得到了影响臭氧衰减浓度的相关因素。通过分析检测得到的臭氧浓度数据,消毒结束后臭氧浓度的衰减时间低于预先设定的时间值,即该洁净室臭氧衰减的设计时间符合劳动保护和人员安全的原则。

 

     近年来,臭氧技术已在医学、卫生、食品、饲养业、养殖业、食品储藏保鲜、化工生产、大气净化、污水处理和饮用水杀菌消毒等行业广泛应用,取得了显著效果。臭氧因其强氧化能力,可以破坏微生物的细胞壁,进而割断其核酸,使其丧失生命力,而且采用臭氧消毒具有快速,无二次污染(衰变为氧气),杀菌效果好等多个优点,因此在医院洁净室和食品、制药等有洁净要求的厂房内,利用高浓度的臭氧进行杀毒已经相当普遍;然而另一方面臭氧也是一种室内污染气体,对人体软组织和呼吸道器官等有不同程度的伤害,据医学研究表明臭氧是导致肺气肿、慢性鼻炎、支气管炎等多种呼吸道疾病的重要原因之一。所以,在现在提倡臭氧消毒的同时,高浓度臭氧消毒后,在建议的时间内臭氧的浓度是否可以降到国家标准规定的允许值,很值得我们探讨。鉴于这个原因,我们对某制药厂房臭氧消毒结束后的臭氧浓度进行了检测和分析。

  2、预测模型的建立理论上,利用质量平衡方程和一阶衰减模型(the first-order decay model).

由于臭氧是一种强氧化剂,具有强氧化性,它和很多物质都发生反应,因此Kd 包括的因素较多,主要包括臭氧的自然衰减系数,臭氧与洁净室内墙壁的反应系数,在臭氧的输送过程中,臭氧与空调系统各部件(过滤器,送、回风管道,机组表面)的反应系数等;通常情况下Kd的值是通过在臭氧发生器打开时,浓度上升时的数据进一步回归得到的。

3、测试方法和测试过程

3.1 空调系统

  空调系统主要负责注射器灌装、配制等区域的万级的洁净区。整个系统的送风量为19876m3/h(新风量为33%),回风量为12722m3/h,排风量为4620 m3/h,被消毒洁净区的总体积为563 m3;被测试洁净室的送风量为2811m3/h,回风量为969 m3/h,换气次数为54.9 1/h,体积为51.5 m3.

  首先,开启臭氧发生器,使被消毒的洁净室室内的臭氧浓度升高,当臭氧浓度达到稳定时,关闭臭氧发成器,打开通风系统,使得臭氧开始被稀释和衰减,同时开始测消毒后臭氧在该洁净室内的衰减情况。

  3.2 臭氧的产生

  本次测试的臭氧消毒的生物洁净室所采用的高浓度臭氧,是通过臭氧发生器产生的。臭氧发生器安装的具体位置通常有三种:安装在空调系统的送风道中;安装在空调系统的回风道中;安装在空调机组内。该制药公司消毒系统的臭氧发生器安装在空调机组内。所选臭氧发生器是一台康尔公司生产的内置式臭氧发生器(型号KCF-G60),发生量为60±6g/h.由于臭氧本身的衰减和室内的温度、湿度有密切关系,因此在打开臭氧发生器之前,要相应的关闭空调系统的加湿,加热段。为了使臭氧在空调系统中形成内循环,应关闭新风和排风,开机1~2小时后,关闭臭氧发生器;打开通风系统,以保证臭氧浓度可以在规定时间内降到标准允许值。

  3.3 采样点位置

  位置位于空调系统中的一间污染物有严格要求的洁净室内,该洁净室的尺寸为2.2×9.0×2.6m3,共有4个送风口,一个回风口,一个排风口,两扇向内开启的门(在测试期间关闭);采样点的高度1.5m.

  3.4 臭氧浓度的检测和记录

  臭氧浓度的检测采用ZX-01型紫外吸收式臭氧分析仪。该臭氧分析仪的量程0~10ppm,最小可检测量0.004ppm,精度为二级,前面显示器显示数字是四位或五位,RS232接口,采样气体流速500ml/min,仪器工作温度范围15~35℃,标准温度是25±1℃;相对湿度范围0~95%.臭氧浓度的记录是通过数据线与计算机联接,由相应的程序每6秒记录一次,计算机自动记录和保存。

  为了测试人员的安全,测试人员和仪器放在该空调系统的外部,而向被测洁净室内通入一根采样管,通过采样管和仪器的进气口相连,用来测试和记录洁净室内任意时刻的臭氧浓度。

  4、测试结果讨论与分析

  当室内臭氧的含量达到稳定值时,关闭臭氧发生器时,此时被测房间的臭氧浓度为1.537~1.545ppm(3.07mg/m3),也就是衰减时的初始浓度。打开通风系统,通入的新风的臭氧浓度为0.014ppm(0.028 mg/m3)。通过对浓度上升时的数据进行回归,得到臭氧在本空调系统中的衰减系数Kd的值为0.126 1/h,可预测室内臭氧随时间衰减的浓度,因此洁净室在臭氧消毒后。

  国家标准(GB/T18883-2002)规定的室内所允许的臭氧浓度值为0.16mg/m3(0.08ppm)。通过一阶衰减模型的预测值,需要经过大约25分钟的衰减,室内可达到允许值;而实际测试的结果是,在打开通风系统13.5分钟后,室内臭氧浓度便降到了0.075ppm.厂家建议经过30分钟后可进入室内。

  实测浓度曲线和通过模型的预测浓度曲线的基本相同,证明一阶衰减模型可以对用于气体在室内衰减的浓度研究。实测曲线和预测曲线之间的差异,更说明了臭氧在室内的衰减是一个很复杂的过程,比如臭氧的衰减和室内的臭氧浓度有很大关系,同时室内的可与臭氧反应的有机成分也影响衰减系数Kd,Kd值是通过数学回归得到的,也具有一定的误差。因此,在处理臭氧这种很活泼的物质时,应考虑全面并完善一阶衰减模型。

  5、结论

  臭氧消毒已经在许多行业被广泛采用,本文对制药厂房的臭氧消毒后的残余污染的研究,表明在臭氧消毒后存在残余污染,但如果采取较好的通风措施,可以使残余污染降到标准以下。该消毒形式消毒后的臭氧含量,在预设时间内降到了国家规定的允许值,达到了劳动保护和人员安全的要求。

  但是,由于该臭氧发生器打开阶段,空调自控系统不能关闭新风和排风,所以,臭氧的浓度并没有达到预计的浓度值。如果臭氧的浓度达到了预定值,它的衰减情况如何,有待我们进一步研究,同时建议在采用臭氧消毒时,不要单独考虑其优点,应该优缺点兼顾,在消毒后可进入消毒区的时间的设定上,要充分考虑人员健康和安全。


  通过对实际臭氧浓度和理论预测值的相互比较,验证了一阶衰减模型在室内污染气体残余物的研究上是适用性。本文通过对室内消毒后臭氧衰减的研究,对于研究其他室内污染气体有一定的参考价值。在今后的研究中,要对影响衰减系数的因素考虑全面。


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