臭氧消毒的机理、特点及应用

  臭氧是一种强氧化剂，灭菌过程属于生物化学氧化反应，具有广泛灭菌效果，利用臭氧的氧化能力可以达到净化、除臭、脱色、杀菌和分解有机物的目的，可以杀灭各种细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等。随着人们对消毒技术的深入研究，臭氧消毒技术也日益体现出它独特的优越性，也被广泛应用于医疗、食品等领域。

臭氧，化学分子式为O3，又称三原子氧、超氧，因其类似鱼腥味的臭味而得名，在常温下可以自行还原为氧气。比重比氧大，易溶于水，易分解。

由于臭氧是由氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存状态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气进入稳定状态，所以臭氧没有二次污染。

臭氧分子极不稳定，能分解产生氧化能力极强的单原子氧(O)和羟基(OH)，是独有的融菌型制剂，可迅速融入细胞壁，破坏细菌、病毒等微生物的内部结构，对各种致病微生物有极强的杀灭作用。

1、臭氧作用于细菌细胞内的核物质，如核酸中的嘌呤和嘧啶，使细菌的细胞器和DNA新陈代谢受到破坏，从而导致细菌死亡。

2、臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡。

3、臭氧与细菌细胞壁脂类双链反应，透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。

4、臭氧作用于病毒的衣体壳蛋白的4条多肽链，并使RNA受到损伤，破坏形成它的蛋白质。噬菌体被臭氧氧化后，其表皮被破碎成许多碎片，从中释放出许多核糖核酸，干扰其吸附到寄存体上。

臭氧可以利用高压电离或紫外线照射，使空气中的氧气分解聚合而成，也可以利用电解水法获得。由于臭氧的不稳定性使其很难实现瓶装贮存，一般只能利用臭氧发生器现场生产，随产随用。臭氧发生器按臭氧产生的方式划分，主要有紫外线照射式、电解式、高压放电式3种。

1、紫外线照射式臭氧发生器是使用特定波长的紫外线照射氧分子，使氧分子分解而产生臭氧。由于紫外线灯管体积大、臭氧产量低、使用寿命短，所以这种发生器使用范围较窄，常见于消毒碗柜上使用。

2、电解式臭氧发生器通常是通过电解式纯净水而产生臭氧，这种发生器能制取高浓度的臭氧水，制造成本低，使用和维修简单。但由于臭氧产量无法做大、电极使用寿命短、臭氧不容易收集等方面的缺点，其用途范围受到限制，目前这种发生器只是在一些特定的小型设备上或某些特定场所内使用。

3、高压放电式臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生化学反应，从而制造臭氧。这种臭氧发生器具有技术成熟，工作稳定，使用寿命长，臭氧产量大等优点，是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。

臭氧为一种气体，消毒时能迅速散发分解弥漫于整个灭菌空间，灭菌无死角。传统的灭菌消毒方法，无论是紫外线、化学熏蒸法，还是液剂喷洒法，都有不彻底、留有死角、工作量大、有残留污染或有异味等缺点，并有可能损害动物与人体的健康。臭氧消毒则具有高效全能、无残留污染、绿色洁净、方便快捷、经济环保等特点。

1、高效全能

臭氧消毒灭菌是以空气为媒质，不需要其他任何辅助材料和添加剂。所以包容性好，灭菌效果彻底，同时还有很强的除霉、除腥、除臭等清除异味功能。

2、绿色洁净

臭氧消毒时可快速分解，具有很强的氧化作用，30min后又可相互结合生成氧分子，不存在任何残留物，杜绝了其他消毒剂消毒方法产生的二次污染问题，同时省去了消毒结束后的再次清洁工作。

3、方便快捷

臭氧消毒机一般安放(装)在必须灭菌消毒的空间内(如更衣室)，在其定时器上设定每天的启动时刻及作用时间，操作使用十分方便，一个10m2更衣室，仅用3～5min就可达到空间消毒目的。

4、经济环保

臭氧消毒与其他消毒方法相比，具有运行成本低，经济、社会效益高等特点优势，在工农业高速发展，环境污染依然严重，环保问题全民关注的今天，臭氧消毒无污染的特性，实为难能可贵，可谓绿色环保消毒剂。

1、臭氧水消毒

臭氧可被用于饮水消毒、游泳池水消毒及污水处理。

由于加氯消毒可产生有毒的三氯甲烷，所以近年来不少人已不主张用氯消毒饮水，而主张用臭氧消毒。臭氧的消毒作用速度快，消毒效果可靠，同时可去色、除臭、降低水的混浊度，去除水中重金属。

有学者经插入水底的带多孔喷头导管，将臭氧通入水中，向12cm内径玻璃瓶装3L含菌蒸馏水连续加臭氧10min(10.56mg)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭率均为100%，连续加臭氧120min对枯草杆菌黑色变种芽胞杀灭率亦达100%。

向30mlHBsAg悬液中连续加臭氧15min(11.88mg)可将HBsAg抗原性完全破坏。在20～25℃下，浓度为1.26mg/L的臭氧水对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌悬液作用5min，杀灭率均达99.99%，作用15min杀灭率达100%。对枯草杆菌黑色变种芽胞作用15min仍无明显杀灭作用。当温度在18～22℃时，含臭氧0.4mg/L溶液作用1min，对含有大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的悬液中细菌杀灭率分别为99.95%和99.92%，作用5min的杀灭率均为100%。

向医院污水中通入0.84mg/L臭氧后再作用8min，可使污水中大肠杆菌菌落数由16000cfu/L减为70～350cfu/L，达到国家污水排放标准(≤500cfu/L)。

2、臭氧空气消毒

早在1856年，人们就用臭氧进行医院空气消毒。1999年有人测试臭氧消毒机平均每分钟产生臭氧1.50-1.62mg时，于18m3无人室内开机送人臭氧15min，能使空气细菌总数减少83.83%。

温度与湿度对其消毒效果亦有一定影响，在室内温度为25℃，相对湿度为82%的条件下，产臭氧量为1.77mg/min的臭氧消毒杀菌机，开机2h，空气自然菌消亡率为96.77%。室温20℃，湿度为30%时，开机臭氧作用78min，空气自然菌消亡率为84.7%;湿度为40%时，空气自然菌消亡率为91.2%。在试验范围内，随着温度或湿度升高，臭氧对空气中枯草杆菌黑色变种芽胞杀灭效果均明显增强，尤以相对湿度影响较大。

3、臭氧对物体表面消毒

臭氧还可杀灭餐具、茶具、衣服、被褥、钞票、书报和妇幼用品等物体表面上的有害微生物。

有人对医院检验单微生物污染及臭氧对其熏蒸消毒效果进行了检测。检测结果证明臭氧对位于深层检验单表面细菌的杀灭作用较差，但当检验单上污染细菌总数为7～14cfu/cm2(包括真菌)，并按≤3张一叠放于消毒器内，在温度为24℃，相对湿度为88%的条件下熏蒸消毒30min(臭氧浓度达0.434mg/L)即未再检出细菌。当室内温度为25℃，相对湿度为82%的条件下，开臭氧机2h，估算室内臭氧浓度达2.54mg/m3时，对试验用滤纸与物体表面大肠杆菌、金黄色葡萄球菌与铜绿假单胞菌的杀灭率≥99.97%。

臭氧消毒柜开机40min，柜内臭氧浓度达774.7mg/m3，在柜内未放餐具时，对悬挂的滤纸片上大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作用30min，对白色念珠球菌作用90min，对枯草杆菌黑色变种芽胞作用120min杀灭菌率为100%，对不锈钢片上HBsAg作用60min抗原性完全破坏。以上检测证明臭氧对物体表面消毒是有效的。

国外多利用电解法产生臭氧。其原理是用低压直流电电解水，使特制的阳极界面氧化产生臭氧。电解法在阳极析出臭氧，阴极析出氢气。臭氧发生器可产生较高浓度的臭氧，且产物中无有害氮氧化物。臭氧产生后溶解在水中，经循环系统回到储罐。当水中臭氧浓度达到8 ppb时，微生物即停止繁殖;水中臭氧浓度超过50 ppb时，能有效杀死微生物和细菌。ISPE建议水中臭氧浓度控制在20～200 ppb。

连续型臭氧消毒系统主要由水电解臭氧发生器、紫外灯、变频输送泵、换热器、取样阀、隔膜阀、管道管件等主要循环部分组成。同时，使用温度传感器、压力传感器、臭氧传感器、电导率传感器、TOC在线监测仪器等实现对水质的实时监控，通过数据存储卡和实时打印机对整个生产消毒过程数据进行记录，实现数据的存储和可追溯性。

整个分配系统安装3个在线臭氧探头，分别对纯化水罐、管网入口端和管网回水端的臭氧浓度进行实时在线监测。由于纯化水罐为常压容器，通过呼吸器与外界进行气体交换，为避免臭氧进入室内对人体健康造成危害，利用臭氧加热易分解的特性，在呼吸器出口安装臭氧破除器，对气体中的臭氧进行加热破除。

连续型臭氧消毒系统(上图)正常生产时，臭氧发生器和紫外灯均开启，使纯化水罐始终处于一定浓度的臭氧保护状态下，选择波长为253.7 nm的紫外灯射线对臭氧从循环管网系统中进行完全破除，并通过传感器对紫外灯后、循环管网前的臭氧浓度进行实时监测，保证管网各个用点的纯化水中无残留臭氧。

将设备设定为周期性消毒，当消毒周期期满后，系统启动消毒程序，自动将紫外灯关闭，监测纯化水罐体、管网入口及管网回水的臭氧浓度，监测数值均达到设定值以上并保持一定时间，消毒步骤自动结束，紫外灯自动开启，破除进入循环管网中的臭氧，直至管网回水处的臭氧传感器检测浓度低于设定值，此时系统恢复运行状态。

以各种传感器为反馈元件，以变频电机、调节阀、开关阀为执行元件，可对系统进行自动控制。

1、首先应注意臭氧发生器臭氧产率的高低，臭氧的实际应用浓度、作用范围的大小、时间长短、对象的状况等因素。据报道，有些臭氧发生器实际臭氧产率比所标定的臭氧产率要低，在使用时要加以注意。

2、存在有机物时对臭氧消毒影响较大。经检测，当大肠杆菌悬液中含有1%小牛血清时，连续加臭氧5min的细菌杀灭率由不含小牛血清时的99.98%降至44.38%，加臭氧15min亦仅杀灭55.18%，因此行臭氧消毒时应先清除有机物后再行消毒，以保证消毒效果。

3、臭氧对橡胶类制品和织物等物品具有一定的腐蚀性。在臭氧作用下，长时间接触橡胶类制品会变硬变脆，有色织物会退色，使用时应尽量避免这种情况发生。

4、在有人的情况下，每立方米空气中的臭氧量不应超过0.2mg;避免在有明火和放置有易燃、易爆物品的场所使用臭氧发生器。报告指出因紫外线消毒空气产生臭氧引起呼吸道过敏，出现咳嗽、胸闷、呼吸困难，脱离臭氧环境后经抗过敏治疗会得到缓解。

臭氧消毒作用速度快，消毒效果可靠而且无残留污染，因此受到人们的欢迎。我们在使用时应尽量避免橡胶制品的长期接触消毒;掌握有效浓度在安全使用范围内;要扬长避短，使臭氧消毒能够达到比较理想的效果，成为保障人们身体健康的有效方法。