生物潔凈室臭氧消毒的殘余污染研究報告

　　1 引言

　　近年來，臭氧技術(shù)已在醫(yī)學、衛(wèi)生、食品、飼養(yǎng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、食品儲藏保鮮、化工生產(chǎn)、大氣凈化、污水處理和飲用水殺菌消毒等行業(yè)廣泛應用，取得了顯著效果。臭氧因其強氧化能力，可以破壞微生物的細胞壁，進而割斷其核酸，使其喪失生命力，而且采用臭氧消毒具有快速，無二次污染(衰變?yōu)檠鯕?，殺菌效果好等多個優(yōu)點，因此在醫(yī)院潔凈室和食品、制藥等有潔凈要求的廠房內(nèi)，利用高濃度的臭氧進行殺毒已經(jīng)相當普遍;然而另一方面臭氧也是一種室內(nèi)污染氣體，對人體軟組織和呼吸道器官等有不同程度的傷害，據(jù)醫(yī)學研究表明臭氧是導致肺氣腫、慢性鼻炎、支氣管炎等多種呼吸道疾病的重要原因之一。所以，在現(xiàn)在提倡臭氧消毒的同時，高濃度臭氧消毒后，在建議的時間內(nèi)臭氧的濃度是否可以降到國家標準規(guī)定的允許值，很值得我們探討。鑒于這個原因，我們對某制藥廠房臭氧消毒結(jié)束后的臭氧濃度進行了檢測和分析。

　　2 預測模型的建立

　　理論上，利用質(zhì)量平衡方程和一階衰減模型(the first-order decay model)，得到臭氧產(chǎn)生和衰減的模型如公式(1)所示，公式(1)通常用來預測室內(nèi)臭氧從產(chǎn)生到衰減整個過程中任意時刻的臭氧濃度：

　　對公式(1)進行求解得公式(2)，即室內(nèi)臭氧濃度隨時間變化的濃度值：

　　其中：

　　C: 潔凈室室內(nèi)臭氧濃度，mg/m3;

　　C0: 潔凈室室內(nèi)臭氧的背景濃度，mg/m3;

　　S: 臭氧的發(fā)生源，mg/h;

　　V: 被測潔凈室的體積，m3;

　　T：時間，h;

　　Kd: 臭氧在測試過程中的衰減系數(shù)，1/h;

　　由于臭氧是一種強氧化劑，具有強氧化性，它和很多物質(zhì)都發(fā)生反應，因此Kd 包括的因素較多，主要包括臭氧的自然衰減系數(shù)，臭氧與潔凈室內(nèi)墻壁的反應系數(shù)，在臭氧的輸送過程中，臭氧與空調(diào)系統(tǒng)各部件(過濾器，送、回風管道，機組表面)的反應系數(shù)等;通常情況下Kd的值是通過在臭氧發(fā)生器打開時，濃度上升時的數(shù)據(jù)進一步回歸得到的。

　　對于臭氧的衰減過程室內(nèi)臭氧的濃度值，也就是說關(guān)閉臭氧發(fā)生器，S=0, 則公式(2)簡化為： (3)

　　其中：

　　C0: 臭氧發(fā)生器關(guān)閉后，室內(nèi)臭氧的初始濃度，mg/m3;

　　3 測試方法和測試過程

　　3.1 空調(diào)系統(tǒng)

　　空調(diào)系統(tǒng)主要負責注射器灌裝、配制等區(qū)域的萬級的潔凈區(qū)。整個系統(tǒng)的送風量為19876m3/h(新風量為33%)，回風量為12722m3/h，排風量為 4620 m3/h，被消毒潔凈區(qū)的總體積為563 m3;被測試潔凈室的送風量為2811m3/h，回風量為969 m3/h，換氣次數(shù)為54.9 1/h，體積為51.5 m3。

　　首先，開啟臭氧發(fā)生器，使被消毒的潔凈室室內(nèi)的臭氧濃度升高，當臭氧濃度達到穩(wěn)定時，關(guān)閉臭氧發(fā)成器，打開通風系統(tǒng)，使得臭氧開始被稀釋和衰減，同時開始測消毒后臭氧在該潔凈室內(nèi)的衰減情況。

　　3.2 臭氧的產(chǎn)生

　　本次測試的臭氧消毒的生物潔凈室所采用的高濃度臭氧，是通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的。臭氧發(fā)生器安裝的具體位置通常有三種：安裝在空調(diào)系統(tǒng)的送風道中;安裝在空調(diào)系統(tǒng)的回風道中;安裝在空調(diào)機組內(nèi)。該制藥公司消毒系統(tǒng)的臭氧發(fā)生器安裝在空調(diào)機組內(nèi)，具體的位置如圖1 所示。所選臭氧發(fā)生器是一臺康爾公司生產(chǎn)的內(nèi)置式臭氧發(fā)生器(型號KCF-G60)，發(fā)生量為60±6g/h。由于臭氧本身的衰減和室內(nèi)的溫度、濕度有密切關(guān)系，因此在打開臭氧發(fā)生器之前，要相應的關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)的加濕，加熱段。為了使臭氧在空調(diào)系統(tǒng)中形成內(nèi)循環(huán)，應關(guān)閉新風和排風，開機1～2小時后，關(guān)閉臭氧發(fā)生器;打開通風系統(tǒng)，以保證臭氧濃度可以在規(guī)定時間內(nèi)降到標準允許值。

　　3.3 采樣點位置

　　室內(nèi)臭氧濃度采樣點的具體位置如圖2所示，位置位于空調(diào)系統(tǒng)中的一間污染物有嚴格要求的潔凈室內(nèi)，該潔凈室的尺寸為2.2×9.0×2.6m3，共有4個送風口，一個回風口，一個排風口，兩扇向內(nèi)開啟的門(在測試期間關(guān)閉);采樣點的高度1.5m。

　　3.4 臭氧濃度的檢測和記錄。

　　臭氧濃度的檢測采用ZX-01型紫外吸收式臭氧分析儀。該臭氧分析儀的量程0~10ppm，最小可檢測量0.004ppm，精度為二級，前面顯示器顯示數(shù)字是四位或五位，RS232接口，采樣氣體流速500ml/min，儀器工作溫度范圍15~35℃，標準溫度是25±1℃;相對濕度范圍0~95%。臭氧濃度的記錄是通過數(shù)據(jù)線與計算機聯(lián)接，由相應的程序每6秒記錄一次，計算機自動記錄和保存。

　　為了測試人員的安全，測試人員和儀器放在該空調(diào)系統(tǒng)的外部，而向被測潔凈室內(nèi)通入一根采樣管，通過采樣管和儀器的進氣口相連，用來測試和記錄潔凈室內(nèi)任意時刻的臭氧濃度。

　　4 測試結(jié)果討論與分析

　　當室內(nèi)臭氧的含量達到穩(wěn)定值時，關(guān)閉臭氧發(fā)生器時，此時被測房間的臭氧濃度為1.537～1.545ppm(3.07mg/m3)，也就是衰減時的初始濃度。打開通風系統(tǒng)，通入的新風的臭氧濃度為0.014ppm(0.028 mg/m3)。通過對濃度上升時的數(shù)據(jù)進行回歸，得到臭氧在本空調(diào)系統(tǒng)中的衰減系數(shù)Kd的值為0.126 1/h，再利用一階模型和公式(3)可預測室內(nèi)臭氧隨時間衰減的濃度，因此潔凈室在臭氧消毒后，臭氧進入衰減期濃度的預測值和實測值關(guān)系如下圖3所示：

　　國家標準(GB/T18883-2002)規(guī)定的室內(nèi)所允許的臭氧濃度值為0.16mg/m3(0.08ppm)。由圖3可以看出，通過一階衰減模型的預測值，需要經(jīng)過大約25分鐘的衰減，室內(nèi)可達到允許值;而實際測試的結(jié)果是，在打開通風系統(tǒng)13.5分鐘后，室內(nèi)臭氧濃度便降到了0.075ppm。廠家建議經(jīng)過30分鐘后可進入室內(nèi)，由圖3可以看出該預定時間內(nèi)，臭氧的濃度可以降到規(guī)定的允許值，可以達到對人員的勞動保護要求。

　　實測濃度曲線和通過模型的預測濃度曲線的基本相同，證明一階衰減模型可以對用于氣體在室內(nèi)衰減的濃度研究。實測曲線和預測曲線之間的差異，更說明了臭氧在室內(nèi)的衰減是一個很復雜的過程，比如臭氧的衰減和室內(nèi)的臭氧濃度有很大關(guān)系，同時室內(nèi)的可與臭氧反應的有機成分也影響衰減系數(shù)Kd，Kd值是通過數(shù)學回歸得到的，也具有一定的誤差。