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臭氧性质 杀菌浓度 残留臭氧去除法

发布时间:2017-10-24

物理性质
  在常温常压下,较低浓度的臭氧是无色气体,当浓度达到 15%时,呈现出淡蓝色。臭氧可溶于水,在常温常压下臭氧在水中的溶解度比氧高约13倍,比空气高25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大,特别是有金属离子存在时,臭氧可迅速分解为氧,在纯水中分解较慢。臭氧的密度是2.14g?l(0°C,0.1MP),沸点是-111°C,熔点是-192°C。臭氧分子结构是不稳定的,它在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧的主要物理性质列于表1-1,臭氧在不同温度下的水中溶解度列于表1-2。臭氧虽然在水中的溶解度比氧大10倍,但是在实用上它的溶解度甚小,因为他遵守亨利定律,其溶解度与体系中的分压和总压成比例。臭氧在空气中的含量极低,故分压也极低,那就会迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出,使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态。

 化学性质及功效
   臭氧(O3)是氧的同素异形体,它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。分子结构呈三角形,键角为116°,其密度是氧气的1.5倍,在水中的溶解度是氧气的10倍。臭氧是一种强氧化剂,它在水中的氧化还原电位为2.07V,仅次于氟(2.5V),其氧化能力高于氯(1.36V)和二氧化氯(1.5V),能破坏分解细菌的细胞壁,很快地扩散透进细胞内,氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶等,也可以直接与细菌、病毒发生作用,破坏细胞、核糖核酸(RNA),分解脱氧核糖核酸(DNA)、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物,使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。细菌被臭氧杀死是由细胞膜的断裂所致,这一过程被称为细胞消散,是由于细胞质在水中被粉碎引起的,在消散的条件下细胞不可能再生。应当指出,与次氯酸类消毒剂不同,臭氧的杀菌能力不受PH值变化和氨的影响,其杀菌能力比氯大600-3000倍,它的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的,在水中臭氧浓度0.3-2mg/L时,0.5-1min内就可以致死细菌。达到相同灭菌效果(如使大肠杆菌杀灭率达99%)所需臭氧水药剂量仅是氯的0.0048%。

    臭氧发生器对酵母和寄生生物等也有活性,例如可以用它去除以下类型的微生物和病毒。
   ①病毒 已经证明臭氧对病毒具有非常强的杀灭性,例如Poloi病毒在臭氧浓度为0.05-0.45mg/L时,2min就会失去活性。
   ②孢囊 在臭氧浓度为0.3mg/L下作用2.4min就被完全除掉。
   ③孢子 由于孢衣的保护,它比生长态菌的抗臭氧能力高出10-15倍。
   ④真菌 白色念珠菌(candida albicans)和青霉属菌(penicillium)能被杀灭。
   ⑤寄生生物 曼森氏血吸虫(schistosoma mansoni)在3min后被杀灭。
   此外,臭氧还可以氧化、分解水中的污染物,在水处理中对除嗅味、脱色、杀菌、去除酚、氰、铁、锰和降低COD、BOD等都具有显著的效果。
   应当注意,虽然臭氧是强氧化剂,但其氧化能力是有选择性的,像乙醇这种易被氧化的物质却不容易和臭氧作用。
   
 臭氧的发生及常用浓度

   臭氧的半衰期仅为30-60min。由于它不稳定、易分解,无法作为一般的产品贮存,因此需在现场制造。用空气制成臭氧的浓度一般为10-20mg/L,用氧气制成臭氧的浓度为20-40mg/L。含有1%-4%(质量比)臭氧的空气可用于水的消毒处理。
   产生臭氧的方法是用干燥空气或干燥氧气作原料,通过放电法制得。另一个生产的臭氧的方法是电解法,将水电解变成氧元素,然后使其中的自由氧变成臭氧。
   使用电解系统生产臭氧的主要优点是:
   ① 没有离子污染;
   ② 待消毒处理的水是用来产生臭氧的原料,因此没有来自系统外部的其他污染;
   ③ 臭氧在处理过程中一生成就被溶解,即可以用较少的设备进行臭氧处理。
   若在加压条件下,可生产出较高浓度的臭氧。
   
 残留臭氧去除法

   经臭氧消毒处理过的水在投入药品生产前,应当将水中残存(过剩)的臭氧去除掉,以免影响产品质量。臭氧的残留量一般应控制在低于0.0005-0.5mg/L的水平。从理论说,去除或降低臭氧残留的方法有活性炭过滤、催化转换、热破坏、紫外线辐射等。然而在制药工艺应用最广的方法只是以催化分解为基础的紫外线法。具体做法是在管道系统中的第一个用水点前安装一个紫外杀菌器,当开始用水或生产前,先打开紫外灯即可。晚上或周末不生产时,则可将紫外灯关闭。一般消除1mg/L臭氧残留所需的紫外线照射量为90000µW·s/cm2。
  
 注意事项

   臭氧最适用于水质及用水量比较稳定的系统,当其发生变化时应及时调整臭氧的用量。在实际生产中,及时进行调节有一定的困难。
   另一个须考虑的问题是水中有机物的含量,当水的混浊度小于5mg/L时,对臭氧消毒灭菌的效果影响极微,混浊度增大,影响消毒效果。如果有机物含量很高时,臭氧的消耗量将会升高,其消毒能力则下降,因为臭氧将首先消耗在有机物上,而不是杀灭细菌方面。因此,国外制药业在制药用水系统中增加了总机碳(TOC)的监控项目。但糟糕的是,在受到严重有机物污染的进水中用臭氧处理后,大的有机物分子会破裂成微生物新陈代谢的营养源,因此,在没有维持管网臭氧浓度的情况下,反会使得粘泥增多,进而使水质恶化。
   在许多方面,作为消毒剂的臭氧和氯气,它们的优点是互补的。臭氧具有快速杀菌和灭活病毒的作用,对于除嗅、味和色度,一般都有好的效果。氯气则具有持久、灵活、可控制的杀菌作用,在管网系统中可连续使用。所以臭氧和氯气结合起来使用,看来是水系统消毒最为理想的方式。
 

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