臭氧消毒技術(shù)在凈化空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

曹帥 暢翱

蘭州生物制品研究所有限責(zé)任公司 甘肅 蘭州 730000

引言

臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，在消毒殺菌方面有著較好的效果，隨著醫(yī)療、食品、生物制品生產(chǎn)等行業(yè)對(duì)于空氣消毒水平效果的要求不斷提升，臭氧消毒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和重要作用得以凸顯，臭氧消毒技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于凈化空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中。但與此同時(shí)，臭氧殘余也會(huì)對(duì)人體健康造成一定影響，例如呼吸道受損、咽喉疼痛、頭暈頭痛等。因此，為保障臭氧消毒效果，同時(shí)減少對(duì)于人體危害，加強(qiáng)對(duì)于臭氧消毒技術(shù)在凈化空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究是十分有必要的。

1 臭氧消毒機(jī)理

臭氧是氧氣的一種同素異形體，化學(xué)式為O3，是一種具有魚腥氣味的淡藍(lán)色氣體，也被稱為超氧，相比于氧氣，臭氧的氧化性更強(qiáng)，能夠在較低的溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)，而且易分解為氧氣，因此不會(huì)造成二次污染。由于臭氧本身十分的不穩(wěn)定，能夠輕易分解成為單原子氧和羥基，有著極強(qiáng)的氧化能力，因此可作為強(qiáng)氧化劑使用，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)細(xì)胞、病毒以及致病微生物等造成嚴(yán)重破壞，進(jìn)而達(dá)到殺菌消毒的目的。其主要消毒機(jī)理包括以下4種情況：第一，臭氧直接對(duì)細(xì)菌細(xì)胞核當(dāng)中的物質(zhì)產(chǎn)生作用，例如核酸當(dāng)中的嘌呤或者嘧啶，進(jìn)而影響細(xì)菌正常新陳代謝，致其死亡；第二，臭氧氧化分解細(xì)菌當(dāng)中生成葡萄糖所需要的酶，以此使得細(xì)菌細(xì)胞喪失活性，進(jìn)而死亡；第三，臭氧與細(xì)菌細(xì)胞壁的脂類雙鏈發(fā)生反應(yīng)，然后進(jìn)入細(xì)胞，對(duì)細(xì)胞的脂蛋白以及脂多糖等進(jìn)行攻擊，使得細(xì)菌細(xì)胞溶解死亡；第四，臭氧攻擊病毒殼體蛋白的RNA，阻止蛋白質(zhì)的生成，并發(fā)揮其自身氧化作用，將噬菌體表皮分解為多個(gè)碎片，釋放核糖核酸，以此達(dá)到消毒效果[1]。

2 臭氧消毒技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

臭氧消毒技術(shù)在凈化空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：一方面，與紫外線直接照射消毒相比，該消毒方式不存在死角，通過空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)⒊粞蹙鶆虻蒯尫诺娇諝猱?dāng)中，而且通透性相對(duì)較好，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于密閉空間的全面消毒，而且消毒殺菌的效率相對(duì)較高，此外，由于臭氧自身作用機(jī)理，其消毒殺菌的范圍較為廣泛，不僅能夠作用于病毒、真菌以及細(xì)菌繁殖體等多種有害微生物，而且對(duì)于肉毒桿菌等也有著較好的消毒殺菌效果，此外，臭氧消毒還具有除異味的作用。另一方面，臭氧消毒技術(shù)不存在污染問題，而且與消毒劑消毒等方式相比，更加簡(jiǎn)單便捷。

3 臭氧消毒技術(shù)在凈化空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

3.1 臭氧發(fā)生方法選擇

在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)的過程中，由于臭氧其本身較強(qiáng)的不穩(wěn)定性，難以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，因此在應(yīng)用該技術(shù)的過程中，必須要使用臭氧發(fā)生器，隨時(shí)生產(chǎn)隨時(shí)使用。因此，凈化空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用臭氧消毒技術(shù)主要是在系統(tǒng)當(dāng)中的合適位置安置臭氧發(fā)生器，使得臭氧能夠隨著空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)而釋放到空氣當(dāng)中，進(jìn)行消毒殺菌。對(duì)此，在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，就需要先明確相應(yīng)臭氧發(fā)生方法。常見的臭氧發(fā)生器主要包括以下三種。

3.1.1 紫外線照射臭氧發(fā)生器。這種臭氧發(fā)生方式就是在特定波長(zhǎng)的紫外線照射之下，將氧分子分解，進(jìn)而形成臭氧。紫外線照射方式下，需要大體積燈管，這種臭氧發(fā)生器需要的空間較大，而且臭氧的生產(chǎn)效率較低，相應(yīng)設(shè)備的使用壽命也相對(duì)較短，因此，這種臭氧發(fā)生器并未得到廣泛應(yīng)用，尤其不適合使用在空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中，多被用于碗筷消毒柜當(dāng)中。

3.1.2 電解式臭氧發(fā)生器。這種臭氧發(fā)生器主要是通過電解純凈水進(jìn)而達(dá)到生成臭氧的目的，該發(fā)生器的主要優(yōu)勢(shì)在于得到的臭氧水有著較高的濃度，而且成本較低，相應(yīng)設(shè)備的維修和使用都較為簡(jiǎn)單便利。但是實(shí)際生產(chǎn)過程中，電極壽命有限，而且產(chǎn)量較低，無法快速便捷地進(jìn)行臭氧收集，因此導(dǎo)致這種發(fā)生器的應(yīng)用也受到一定限制，只能用于特定設(shè)備或者場(chǎng)景，與凈化空調(diào)系統(tǒng)適配性不高。

3.1.3 高壓放電式臭氧發(fā)生器。該發(fā)生器主要是在高壓電流的支持下，形成相應(yīng)電場(chǎng)，使得電場(chǎng)內(nèi)以及周圍的氧氣發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而生成臭氧。在多年的研究和探索之下，該技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，而且設(shè)備壽命相對(duì)較長(zhǎng)，能夠生產(chǎn)出大量的臭氧，是臭氧消毒技術(shù)應(yīng)用過程中的常用臭氧生成措施[2]。

綜合考慮多種臭氧生成方法，結(jié)合凈化空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際情況和需求，應(yīng)采用高壓放電式臭氧發(fā)生器進(jìn)行臭氧制備。

3.2 殘余臭氧消除方法

殘余臭氧對(duì)于人體有著極大的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，人眼以及呼吸系統(tǒng)，臭氧易溶于水，十分容易入侵到人眼睛以及呼吸系統(tǒng)當(dāng)中，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激，當(dāng)空氣當(dāng)中的臭氧濃度達(dá)到一定高度之后，人體會(huì)出現(xiàn)呼吸道炎癥、哮喘、肺功能受損，以及眼結(jié)膜炎，視力下降等癥狀。第二，臭氧會(huì)攻擊人體當(dāng)中的淋巴細(xì)胞，導(dǎo)致人體免疫功能受損。第三，臭氧還會(huì)引起人體染色體畸變。第四，造成人體缺氧、酶活性受損等。因此，在實(shí)際應(yīng)用臭氧消毒技術(shù)的過程中，還需要加強(qiáng)對(duì)于殘余臭氧消除方面的重視，當(dāng)前有效消除殘余臭氧的方式主要包括通風(fēng)換氣、吸附吸收以及分解法3種。

3.2.1 通風(fēng)換氣法。臭氧的半衰期為20-50分鐘，且最終的分解物為氧氣，所以通過開窗通風(fēng)的方式將室內(nèi)臭氧釋放到室外，并通過室外新鮮空氣達(dá)到降低室內(nèi)臭氧濃度的目的，這是最簡(jiǎn)單的去除殘余臭氧的方法。但是這種方式受到外界環(huán)境影響較大，對(duì)于寒冷地區(qū)并不適用。但具備完善空氣凈化系統(tǒng)的生物制品潔凈車間一般都配有專用的消毒排風(fēng)裝置，可以快速有效地進(jìn)行通風(fēng)換氣，從而達(dá)到將殘余臭氧釋放到室外，同時(shí)置換新鮮空氣降低室內(nèi)臭氧濃度的效果，因此在凈化空調(diào)系統(tǒng)中使用較為廣泛。

3.2.2 吸附吸收法。其中化學(xué)吸收法主要指的是應(yīng)用藥液吸收殘余臭氧，如硫代硫酸鈉等，但是此方式存在的主要問題是廢液處理相對(duì)困難和麻煩。而物理吸附法主要是使用活性炭吸附臭氧，該方法雖然相對(duì)較為簡(jiǎn)單便捷，但實(shí)際應(yīng)用過程中，活性炭失活問題需要加以解決，而且其臭氧清除效果還會(huì)受到氣流走向、空氣壓力以及臭氧濃度等多種因素影響，因此臭氧清除效果難以得到良好保障。

3.2.3 分解法。催化分解法主要包括以下3種方式：第一，熱分解，通過將氣體加熱到400℃，使其發(fā)生氧化還原反應(yīng)，達(dá)到去除臭氧的目的，但是該方式對(duì)于裝置設(shè)備有著較高要求，因此成本較高，能耗較大，不適用于空調(diào)系統(tǒng)。第二，輻射分解，通過紫外線或近紅外線，對(duì)臭氧進(jìn)行照射，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為氧氣，在此過程中，容易產(chǎn)生其他有害氣體，具有一定安全隱患。第三，為催化分解法，該方法主要包括熱催化和光催化兩種方式，其中熱催化是將貴金屬或者過渡金屬轉(zhuǎn)化為金屬氧化物催化劑，進(jìn)而達(dá)到分解臭氧的目的，熱催化劑制備過程相對(duì)較為困難，因此應(yīng)用范圍并不廣泛；而光催化法是在光照以及催化劑的共同作用之下，實(shí)現(xiàn)對(duì)于臭氧的分解處理，有著較好的催化活性，制備過程也相對(duì)較為簡(jiǎn)單，因此凈化空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中也可采用光催化法消除殘余臭氧[3]。

4 保障臭氧消毒技術(shù)應(yīng)用效果的措施

在實(shí)際應(yīng)用臭氧消毒技術(shù)進(jìn)行空氣凈化消毒處理的過程中，為保障消毒效果，通常所使用的臭氧濃度相對(duì)較高，可能會(huì)對(duì)人體造成不良影響，通常在消毒過程中，需要將人員帶離消毒房間。因此，在凈化空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用臭氧消毒技術(shù)時(shí)，為保障消毒效果、避免對(duì)人體造成不良影響，同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的目的，需要加強(qiáng)對(duì)于以下3個(gè)方面的重視和控制。

4.1 合理確定臭氧用量

在實(shí)際應(yīng)用臭氧消毒技術(shù)的過程中，由于不同凈化空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景不同，因此對(duì)于殺菌消毒的要求存在差異，使得空調(diào)系統(tǒng)的臭氧用量也各不相同，因此，需要根據(jù)臭氧滅菌效率以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，合理確定臭氧用量和濃度。例如，對(duì)于滅菌體積為1500m3的空間而言，要求其臭氧的發(fā)生量應(yīng)為75.5g/h（w），因此可以選擇臭氧產(chǎn)量為每小時(shí)80g的發(fā)生器。在此過程中，臭氧用量的確定公式如下：

其中，W表示每小時(shí)臭氧用量，單位為mg/h；S表示發(fā)生器運(yùn)行1小時(shí)臭氧的自然衰退率，為61%；V表示消毒空間的體積，單位為m3；N表示應(yīng)用臭氧消毒技術(shù)下的空氣中臭氧濃度，此濃度需要根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范以及經(jīng)驗(yàn)合理進(jìn)行確定，如當(dāng)滅菌空間體積為1500m3時(shí)，臭氧濃度應(yīng)達(dá)到19.6mg/m3。

4.2 科學(xué)提升消毒速度

為進(jìn)一步保障臭氧殺菌消毒的效率，在應(yīng)用該技術(shù)的過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于各種因素對(duì)臭氧殺菌速度的研究和分析，并合理進(jìn)行相關(guān)條件的控制，以此在保障消毒質(zhì)量的同時(shí)，提高消毒速度，以此提高消毒水平，降低空調(diào)能耗。結(jié)合臭氧自身的特點(diǎn)進(jìn)行分析可知，影響臭氧消毒效率的主要因素包括空氣濕度、臭氧濃度以及空氣溫度等方面。經(jīng)研究發(fā)展，臭氧殺菌消毒的效果會(huì)隨著空氣中臭氧濃度的增加而有所提升，當(dāng)臭氧濃度為1ppm時(shí)，想要消滅空間內(nèi)90%的細(xì)菌需要90min；而當(dāng)臭氧濃度為0.5ppm時(shí)，則需要120min；當(dāng)臭氧濃度為50ppm時(shí)，僅需要20min就能夠消滅空間內(nèi)90%的細(xì)菌?？諝庀鄬?duì)濕度影響方面，相同濃度的臭氧，在相對(duì)濕度分別為15%～20%、50%～60%以及85%～95%的條件下對(duì)其滅菌速度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)濕度越高其滅菌的速度也就更快。另外，空氣溫度越高，對(duì)于消毒滅菌越有利，因此臭氧消毒效率也就越高。綜上，在實(shí)際應(yīng)用臭氧殺菌技術(shù)的過程中，應(yīng)合理控制室內(nèi)的溫度、濕度，并適當(dāng)增加臭氧濃度，以此提高臭氧消毒速度，保障消毒能效。

4.3 盡快清除臭氧殘余

經(jīng)過上述研究和分析可知，對(duì)于凈化空調(diào)系統(tǒng)而言，可選擇通風(fēng)換氣法或光催化法消除殘余臭氧。通風(fēng)換氣法對(duì)于使用環(huán)境和場(chǎng)所有一定的要求，為進(jìn)一步提高殘余臭氧的消除速度和效率，減少空調(diào)系統(tǒng)能耗，提高消毒殺菌水平，也可和光催化法結(jié)合使用，合理進(jìn)行相應(yīng)條件的控制。不過對(duì)于臭氧催化分解方式而言，溫度對(duì)于該催化反應(yīng)有著直接影響，溫度越高，催化反應(yīng)速率越快，同時(shí)還能夠有效提高臭氧自然衰減的速度。臭氧自動(dòng)衰減主要是由于其本身不穩(wěn)定性而形成的特點(diǎn)，在自然情況下，臭氧會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檠鯕膺@種穩(wěn)定的形態(tài)，而溫度越高，臭氧的不穩(wěn)定性越強(qiáng)，其自然衰減速度也會(huì)不斷提高。此外，空氣相對(duì)濕度也會(huì)對(duì)臭氧催化分解產(chǎn)生一定影響，當(dāng)濕度較高時(shí)，十分容易在光催化劑表面形成水膜，影響催化反應(yīng)速率，因此為提高殘余臭氧清除效率，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，利用凈化空調(diào)系統(tǒng)合理提升室內(nèi)溫度，并降低相對(duì)濕度，盡快清除臭氧殘余[4]。

5 結(jié)束語

綜上所述，在凈化空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用臭氧消毒技術(shù)時(shí)，也能夠著重加強(qiáng)對(duì)于臭氧發(fā)生方法選擇、殘余臭氧消除方法等方面的研究和重視，常用的臭氧發(fā)生器包括紫外線照射、電解式以及高壓放電式三種，殘余臭氧消除方法主要包括通風(fēng)換氣、吸附吸收法以及分解法，對(duì)于室內(nèi)空氣凈化而言，高壓放電臭氧發(fā)生法和通風(fēng)換氣消除法是較為理想的方法。此外，為確保該技術(shù)的應(yīng)用效果，還應(yīng)合理確定臭氧用量，盡可能提升消毒的速度，并盡快清除臭氧殘余。相信隨著對(duì)臭氧消毒技術(shù)的深入研究和實(shí)踐應(yīng)用，其在凈化空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用效果將會(huì)得到進(jìn)一步提升。