臭氧

根據(jù)清華大學(xué)編的《臭氧技術(shù)應(yīng)用文集》一書，將有關(guān)臭氧應(yīng)用濃度按安全濃度空氣、應(yīng)用濃度、水中應(yīng)用濃度、環(huán)境濃度及感知濃度，分類摘錄，以便在應(yīng)用中查找。 安全濃度人們允許接觸的臭氧濃度不大于0.2mg/m3。

◎臭氧工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)： 國際臭氧協(xié)會： 0.1 ppm，接觸10小時 美 國： 0.1 ppm，接觸 8小時 德、法、日 本： 0.1 ppm中 國： 0.15ppm

◎家用臭氧消毒柜外臭氧泄漏量不得超過0.2mg/m3（指1.5米以外），消毒一個周期后殘留濃度不得大于0.2mg/m?。

◎動物試驗表明，臭氧毒性的起點濃度為0.3ppm，而人對空氣中臭氧可嗅知的濃度為0.02～0.04ppm，根據(jù)臭氧對肺功能毒性的試驗結(jié)果，提出1.5～2.0ppm為臭氧允許濃度的上限。衛(wèi)生部規(guī)定臭氧最高允許濃度為0.2mg/m?。

空氣應(yīng)用濃度

◎作為空氣除味與殺菌，要求臭氧濃度較低，如0.5ppm（1mg/m?），而物品表面消毒（殺滅微生物和去除化學(xué)污染）則要求提高幾十倍的臭氧濃度。

◎空氣應(yīng)用具氧濃度在1mg/m?～10mg/m?之間。

◎溫度低，濕度大則殺滅效果好，尤其是濕度，相對濕度小于45%，臭氧對空氣中懸浮微生物幾乎沒有殺滅作用。在60%時才逐漸增強，在95%時達(dá)到最大值。

◎用臭氧消毒食品加工車間，0.5～1.0ppm即可殺滅空氣中的80%的自然菌。

◎冷庫消毒要求臭氧濃度6～10ppm，停機(jī)后封庫24小時以上細(xì)菌殺滅率90%左右，霉菌殺滅率80%左右。

◎在水果貯藏期間，可用2～3ppm的臭氧可使霉菌的生長受到抑制，貯藏期可延長一倍。

水中應(yīng)用濃度

◎水應(yīng)用中臭氧溶解度在0.1mg/L～10mg/L之間。低值作為水消毒凈化要求的最低濃度，高值作為“臭氧水消毒劑” 可達(dá)到的濃度值。

◎自來水臭氧凈化，國際常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為0.4mg/L的溶解度值，保持4分鐘，即CT值為1.6。

◎水中余臭氧濃度保持在0.1～0.5mg/L作用5～10min可達(dá)消毒目的。

◎臭氧水消毒滅菌是急速的，消毒作用在瞬間發(fā)生。清水中臭氧濃度一旦達(dá)到，在0.5～1分鐘內(nèi)就殺死細(xì)菌，在濃度達(dá)4mg/L，在1分鐘內(nèi)乙肝病毒滅活率為100%。

◎Herbold報道：20℃條件下，水中臭氧濃度達(dá)0.43mg/L時，可將大腸桿菌100%殺滅，10℃時僅需0.36mg/L即可全部殺滅。

◎臭氧濃度為0.25～38mg/L時，僅需幾秒或幾分鐘完全滅活甲型肝炎病毒（HAV）。

◎礦泉水中臭氧溶解度在0.4～0.5mg/L時，即可滿足殺菌保質(zhì)要求。合理的臭氧投放量為1.5～2.0mg/L。

◎瓶裝水處理應(yīng)達(dá)0.3～0.5mg/L的臭氧溶解度值，要求投加臭氧應(yīng)滿足 1m?水2gO?的發(fā)生量。根據(jù)實踐經(jīng)驗，臭氧發(fā)生濃度高于8mg/L時容易達(dá)到濃度。

1 、食物凈化： 由表及里的降解果蔬、糧食中殘留的化肥、農(nóng)藥等有毒物質(zhì)，清除肉、蛋中的抗生素、化學(xué)添加劑、激素等有害物質(zhì)，殺滅海鮮中容易引起中毒的嗜鹽性菌，把住病從口入關(guān)。

2 、飲用水凈化： 自來水經(jīng)臭氧處理后是一種優(yōu)質(zhì)的生飲水。每升水只需通入 O3 2 分鐘即可去除水中的余氯，殺菌、消毒、去味、去除重金屬，防止致癌物質(zhì)三氯甲烷的生成，增加水中含氧量，自制理想純凈的飲用水。

3 、消毒滅菌： 將清洗后的餐飲用具放入水中通入 O3 20 分鐘，可去除洗滌劑殘留物，殺滅細(xì)菌、病毒，替代電子消毒柜，避免餐飲用具傳染疾病。還可對衣物、毛巾、抹布、襪子等進(jìn)行水介質(zhì)消毒、除味。

4 、空氣凈化： 將臭氧排氣管掛在 1.7 米以上高度，排放 O3 20--30 分鐘，即可有效去除室內(nèi)煙塵或裝飾材料的異味，降塵滅菌，增加空氣含氧量，清新空氣，讓您在家中享受到雨后森林般清新的空氣（可用于家庭、辦公室、會議室、娛樂場所的除煙、除塵、消毒、去味）。

5 、果蔬保鮮、防霉： 家庭果蔬保鮮只需往袋裝果蔬中通入 O3 2 分鐘，可延長保鮮期 7 天，也可用于菜窖防霉、果蔬運輸。

6 、洗浴、美容、保健： 洗臭氧浴在國外已成為時尚，通過臭氧浴治療疾病已有多年歷史，這是 O3 的又一神奇功效。經(jīng)常洗臭氧浴能排除體內(nèi)毒素，活化表皮細(xì)胞，消除痤瘡，美白皮膚，對風(fēng)濕病、皮膚病、婦科病、糖尿病及灰指甲等有良好療效。

7 、養(yǎng)魚、澆花： 澆花、大棚蔬菜的噴灌，能避免蟲害，減少農(nóng)藥使用量。 養(yǎng)魚、水產(chǎn)養(yǎng)殖， O3進(jìn)入水中釋放出初生態(tài)氧，消滅細(xì)菌、病毒，氧化雜質(zhì)，防止水質(zhì)腐壞變質(zhì)，增加水中養(yǎng)份。

8 、除臭： 因臭氧有很強的氧化分解能力，可迅速而徹底的消除空氣中、水中的各種異味。

英文臭氧（Ozone）一詞源自希臘語ozon，意為“嗅”。

西班牙文名稱為Ozono臭氧具有等腰三角形結(jié)構(gòu)，三個氧原子分別位于三角形的三個頂點，頂角為116.79度。

1840年德國C.F.舍拜恩在電解稀硫酸時 ，發(fā)現(xiàn)有一種特殊臭味的氣體釋出 ，因此將它命名為臭氧 。當(dāng)大氣層中的氧氣發(fā)生光化學(xué)作用時，便產(chǎn)生了臭氧，因此，在離地面垂直高度15～25千米處形成臭氧層，它的濃度為0.2ppm。臭氧的氣體明顯地呈藍(lán)色，液態(tài)呈暗藍(lán)色，固態(tài)呈藍(lán)黑色。它的分子結(jié)構(gòu)呈三角形 。臭氧不穩(wěn)定，在常溫下慢慢分解 ，200℃時迅速分解 ，它比氧的氧化性更強，能將金屬銀氧化為過氧化銀 ，將硫化鉛氧化為硫酸鉛，它還能氧化有機(jī)化合物，如靛藍(lán)遇臭氧會脫色 。臭氧在水中的溶解度較氧大，0℃,一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，一體積水可溶解0.494體積臭氧。臭氧能刺激粘液膜 ，它對人體有毒 ，長時間在含0.1ppm臭氧的空氣中呼吸是不安全的。臭氧層能吸收大部分波長短的射線（如紫外線 ），起著保護(hù)人類和其他生物的作用，但氯氣和氟化物促使臭氧分解為氧 ，破壞了臭氧保護(hù)層，成為人類關(guān)注的重要環(huán)境問題之一。通常都借助無聲放電作用從氧氣或空氣制備臭氧，臭氧發(fā)生器即根據(jù)這一原理制造。利用臭氧和氧氣沸點的差別，通過分級液化可得濃集的臭氧。臭氧是強力漂白劑，用于漂白面粉和紙漿，用臭氧消毒飲用水，水中只含氧，無特殊氣味。它還用于污水處理。

臭氧極易分解，很不穩(wěn)定。它不溶于液態(tài)氧，四氯化碳等。有很強的氧化性，在常溫下可將銀氧化成 氧化銀，將硫化鉛氧化成硫酸鉛。臭氧可使許多有機(jī)色素脫色，侵蝕橡膠，很容易氧化有機(jī)不飽和化合物。臭氧在冰中極為穩(wěn)定，其半衰期為2000年。

1785年，德國人在使用電極時，發(fā)現(xiàn)在電極放電時產(chǎn)生一種異味。1840年法國科學(xué)家克里斯蒂安·弗雷德日將它確定為臭氧。

在紫外線輻射下，通過電子放射或暴曬從雙原子氧氣可自然形成臭氧。工業(yè)上，用干燥的空氣或氧氣，采用5~25kv的交流電壓進(jìn)行無聲放電制取。另外，在低溫下電解稀硫酸，或?qū)⒁后w氧氣加熱都可制得臭氧。

臭氧可用于凈化空氣，漂白飲用水，殺菌，處理工業(yè)廢物和作為漂白劑。

在夏季，由于工業(yè)和汽車廢氣的影響，尤其在大城市周圍農(nóng)林地區(qū)在地表臭氧會形成和聚集。地表臭氧對人體，尤其是對眼睛，呼吸道等有侵蝕和損害作用。地表臭氧也對農(nóng)作物或森林有害。

在常溫常態(tài)常壓下，較低濃度的臭氧是無色氣體，當(dāng)濃度達(dá)到 15%時，呈現(xiàn)出淡藍(lán)色。臭氧可溶于水，在常溫常態(tài)常壓下臭氧在水中的溶解度比氧高約13倍，比空氣高25倍。但臭氧水溶液的穩(wěn)定性受水中所含雜質(zhì)的影響較大，特別是有金屬離子存在時，臭氧可迅速分解為氧，在純水中分解較慢。臭氧的密度是2.14g/L(0°C，0.1MP)，沸點是-111°C，熔點是-192°C。臭氧分子結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，它在水中比在空氣中更容易自行分解。臭氧的主要物理性質(zhì)列于表1-1，臭氧在不同溫度下的水中溶解度列于表1-2。臭氧雖然在水中的溶解度比氧大10倍，但是在實際上它的溶解度甚小，因為他遵守亨利定律，其溶解度與體系中的分壓和總壓成比例。臭氧在空氣中的含量極低，故分壓也極低，那就會迫使水中臭氧從水和空氣的界面上逸出，使水中臭氧濃度總是處于不斷降低狀態(tài)。

1. 臭氧很不穩(wěn)定，在常溫常態(tài)常壓下即可分解為氧氣。臭氧、氯和二氧化氫的氧化勢（還原電位）分別是2.07．1.36．1.28伏特，可見臭氧在處理水中是氧化力量最強的一種。臭氧的氧化作用導(dǎo)致不飽和的有機(jī)分子的破裂。使臭氧分子結(jié)合在有機(jī)分子的雙鍵上，生成臭氧化物。臭氧化物的自發(fā)性分裂產(chǎn)生一個羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子，后者是不穩(wěn)定的，可分解成酸和醛。其反應(yīng)式為：

2O?→3O?+ 285kJ （ 1-2 ）

由于分解時放出大量熱量，故當(dāng)其含量在 25 %以上時，很容易爆炸。但一般臭氧在空氣中，臭氧的含量很難超過 10 %以上，在臭氧用于飲用水處理的較長過程中，還沒有一例氧爆炸的事例。

含量為 1 %以下的臭氧，在常溫常態(tài)常壓的空氣中分解半衰期為 16h 左右。隨著溫度的升高，分解速度加快，溫度超過 100℃ 時，分解非常劇烈，達(dá)到 270℃ 高溫時，可立即轉(zhuǎn)化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快。在含有雜質(zhì)的水溶液中臭氧迅速回復(fù)到形成它的氧氣。如水中臭氧濃度為 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 時，其半衰期為 5 ～ 30min ，但在純水中分解速度較慢，如在蒸餾水或自來水中的半衰期大約是 20min （ 20℃ ），然而在二次蒸餾水中，經(jīng)過 85min 后臭氧分解只有 10 %，若水溫接近 0℃ 時，臭氧會變得更加穩(wěn)定。

2. 臭氧的氧化能力

臭氧得氧化能力極強，其氧化還原電位僅次于 F? ，在其應(yīng)用中主要用這一特性。

3. 臭氧的氧化反應(yīng)

a 、與無機(jī)物的氧化反應(yīng)

臭氧與亞鐵、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均發(fā)生反應(yīng)

如：

O?+SO?==SO?+O?

O?+CO?==CO?+O2?

O?+NO?==NO?+O?

3O?+4NH?==NH?NO?+2NH4O??

4O?+PbS==PbSO?+4O??

Ag+O?==Ag?O+O?

XeO?+4OH?+O?==XeO6+O?+2H?O?

3CN-+O?==3OCN??

2OCN?+O?==CO?2?+O?+N?

b 、臭氧與有機(jī)物的反應(yīng)

臭氧在水溶液中與有機(jī)物的反應(yīng)極其復(fù)雜，

⑴ 臭氧與烯烴類化合物的反應(yīng) 臭氧容易與具有雙鏈的烯烴化合物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的最終產(chǎn)物可能是單體的、聚合的、或交錯的臭氧化物的混合體。臭氧化物分解成醛和酸。

⑵ 臭氧和芳香族化合物的反應(yīng) 臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)較慢，在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中，其反應(yīng)速度常數(shù)逐漸增大。

⑶ 對核蛋白（氨基酸）系、有機(jī)氨也都發(fā)生反應(yīng)

臭氧在下列混合物的氧化順序為

鏈烯烴>胺>酚>多環(huán)芳香烴>醇>醛>鏈烷烴

c 、臭氧的毒性和腐蝕性

臭氧屬于有害氣體，濃度為 6.25×10mol/L(0.3mg/m? ) 時，對眼、鼻、喉有刺激的感覺；濃度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ～ 30mg/m? ) 時，出現(xiàn)頭疼及呼吸器官局部麻痹等癥 ; 臭氧濃度為 3.125×10 -4 ～ 1.25×10 -3 mol/L(15 ～ 60mg/m? ) 時 ， 則對人體有危害。其毒性還和接觸時間有關(guān)，例如長期接觸 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧會引起永久性心臟障礙，但接觸 20ppm 以下的臭氧不超過 2h ，對人體無永久性危害。因此，臭氧濃度的允許值定為 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很濃，濃度為 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 時，人們就感覺到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的歷史，至今也沒有發(fā)現(xiàn)一例因臭氧中毒而導(dǎo)致死亡的報道。

臭氧具有很強的氧化性，除了金和鉑外，臭氧化空氣幾乎對所有的金屬都有腐蝕作用。鋁、鋅、鉛與臭氧接觸會被強烈氧化，但含鉻鐵合金基本上不受臭氧腐蝕。基于這一點，生產(chǎn)上常使用含 25 % Cr 的鉻鐵合金（不銹鋼）來制造臭氧發(fā)生設(shè)備和加注設(shè)備中與臭氧直接接觸的部件。

臭氧對非金屬材料也有了強烈的腐蝕作用，即使在別處使用得相當(dāng)穩(wěn)定得聚氯乙烯塑料濾板等，在臭氧加注設(shè)備中使用不久便見疏松、開裂和穿孔。在臭氧發(fā)生設(shè)備和計量設(shè)備中，不能用普通橡膠作密封材料，必須采用耐腐蝕能力強的硅橡膠或耐酸橡膠等。

臭氧（O3）是氧氣(O2)的同素異形體，它是一種具有特殊氣味的淡藍(lán)色氣體。分子結(jié)構(gòu)呈三角形，鍵角為116°，其密度是氧氣的1.5倍，在水中的溶解度是氧氣的10倍。臭氧是一種強氧化劑，它在水中的氧化還原電位為2.07V，僅次于氟（2.5V），其氧化能力高于氯（1.36V）和二氧化氯（1.5V），能破壞分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，很快地擴(kuò)散透進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，氧化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶等，也可以直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用，破壞細(xì)胞、核糖核酸（RNA），分解脫氧核糖核酸（DNA）、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類和多糖等大分子聚合物，使細(xì)菌的代謝和繁殖過程遭到破壞。細(xì)菌被臭氧殺死是由細(xì)胞膜的斷裂所致，這一過程被稱為細(xì)胞消散，是由于細(xì)胞質(zhì)在水中被粉碎引起的，在消散的條件下細(xì)胞不可能再生。應(yīng)當(dāng)指出，與次氯酸類消毒劑不同，臭氧的殺菌能力不受PH值變化和氨的影響，其殺菌能力比氯大600-3000倍，它的滅菌、消毒作用幾乎是瞬時發(fā)生的，在水中臭氧濃度0.3-2mg/L時，0.5-1min內(nèi)就可以致死細(xì)菌。達(dá)到相同滅菌效果（如使大腸桿菌殺滅率達(dá)99%）所需臭氧水藥劑量僅是氯的0.0048%。

臭氧對酵母和寄生生物等也有活性，例如可以用它去除以下類型的微生物和病毒。

①病毒 已經(jīng)證明臭氧對病毒具有非常強的殺滅性，例如Poloi病毒在臭氧濃度為0.05-0.45mg/L時，2min就會失去活性。

②孢囊 在臭氧濃度為0.3mg/L下作用2.4min就被完全除掉。

③孢子 由于孢衣的保護(hù)，它比生長態(tài)菌的抗臭氧能力高出10-15倍。

④真菌 白色念珠菌（candida albicans）和青霉屬菌（penicillium）能被殺滅。

⑤寄生生物 曼森氏血吸蟲（schistosoma mansoni）在3min后被殺滅。

此外，臭氧還可以氧化、分解水中的污染物，在水處理中對除嗅味、脫色、殺菌、去除酚、氰、鐵、錳和降低COD、BOD等都具有顯著的效果。

應(yīng)當(dāng)注意，雖然臭氧是強氧化劑，但其氧化能力是有選擇性的，像乙醇這種易被氧化的物質(zhì)卻不容易和臭氧作用。

臭氧對人類的危害

低濃度的臭氧可消毒。一般森林地區(qū)臭氧濃度即可達(dá)到0.1ppm 但超標(biāo)的臭氧則是個無形殺手！

▲ 它強烈刺激人的呼吸道，造成咽喉腫痛、胸悶咳嗽、引發(fā)支氣管炎和肺氣腫；

▲ 臭氧會造成人的神經(jīng)中毒，頭暈頭痛、視力下降、記憶力衰退；

▲ 臭氧會對人體皮膚中的維生素E起到破壞作用，致使人的皮膚起皺、 出現(xiàn)黑斑；

▲ 臭氧還會破壞人體的免疫機(jī)能，誘發(fā)淋巴細(xì)胞染色體病變，加速衰老， 致使孕婦生畸形兒；

▲ 而復(fù)印機(jī)墨粉發(fā)熱產(chǎn)生的臭氧及有機(jī)廢氣更是一種強致癌物質(zhì)，它會引發(fā)各類癌癥和心血管疾病。

臭氧作為氣體消毒劑，其殺菌過程為強氧化作用使微生物細(xì)胞中的多種成分產(chǎn)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的變化而死亡。一般認(rèn)為，臭氧滅活病毒是通過直接破壞其核糖核酸或脫氧核糖核酸完成的。而殺滅細(xì)菌、霉菌類微生物則是臭氧首先作用于細(xì)胞膜，使膜構(gòu)成成分受損失，導(dǎo)致新陳代謝障礙并抑制其生長，臭氧繼續(xù)滲透破壞膜內(nèi)組織，使其死亡。濕度增加可提高殺滅率，是由于在濕度下細(xì)胞膜膨脹變薄，其組織容易被臭氧破壞。 臭氧去除異味性能極好。它的強氧化性能使各種有臭味的無機(jī)或有機(jī)物質(zhì)氧化，除掉其臭味。臭味的主要成分是胺類物質(zhì)、硫化氫、甲硫醇、二甲硫化合物、二甲二硫化物等。它們與臭氧作用幾分鐘即可被臭氧氧化，除去臭味。

臭氧在廢水中可用來脫色。有色物質(zhì)中的發(fā)色基團(tuán)有： 乙烯基、偶氮基、氧化偶氮基、羧基、硫羧基、硝基、亞硝基等。臭氧能打開它們的不飽鍵，使之失去顯色能力。

臭氧氧化水中的酚屬于自由基反應(yīng)，首先經(jīng)過鏈的引發(fā)，進(jìn)而引進(jìn)羥基，直至最后氧化為二氧化碳和水。臭氧還能氧化電鍍廢水中的氰。臭氧對無機(jī)金屬離子諸如Fe2+、Mn2+等的氧化均與氯氣相似，將其氧化為較高價態(tài)的穩(wěn)定的沉淀物。應(yīng)用臭氧、活性炭同時處理廢水，活性炭能催化臭氧的氧化，并可降低臭氧消耗量。