臭氧浓度与作用

臭氧浓度与作用

根据清华大学编的《臭氧技术应用文集》一书，将有关臭氧应用浓度按安全浓度空气、应用浓度、水中应用浓度、环境浓度及感知浓度，分类摘录，以便在应用中查找。

[安全浓度]

★人们允许接触的臭氧浓度不大于0.2mg/m3。

★臭氧工业卫生标准：

国际臭氧协会：0.1ppm，接触10小时

美国：0.1ppm，接触8小时

德、法、日本：0.1ppm

中国：0.15ppm

★家用臭氧消毒柜外臭氧泄漏量不得超过0.2mg/m3（指1．5米以外），消毒一个周期后残留浓度不得大于0.2mg/m3。

★动物试验表明，臭氧毒性的起点浓度为0.3ppm，而人对空气中臭氧可嗅知的浓度为0.02～0.04ppm，根据臭氧对肺功能毒性的试验结果，提出1.5～2.0ppm为臭氧允许浓度的上限。卫生部规定臭氧最高允许浓度为0.2mg/m3。

[空气应用浓度]

★作为空气除味与杀菌，要求臭氧浓度较低，如0.5ppm（1mg/m3），而物品表面消毒（杀灭微生物和去除化学污染）则要求提高几十倍的臭氧浓度。

★空气应用具氧浓度在1mg/m3～10mg/m3之间。

★温度低，湿度大则杀灭效果好，尤其是湿度，相对湿度小于45%，臭氧对空气中悬浮微生物几乎没有杀灭作用。在60%时才逐渐增强，在95%时达到最大值。

★用臭氧消毒食品加工车间，0.5～1.0ppm即可杀灭空气中的80%的自然菌。

★冷库消毒要求臭氧浓度6～10ppm，停机后封库24小时以上细菌杀灭率90%左右，霉菌杀灭率80%左右。

★在水果贮藏期间，可用2～3ppm的臭氧可使霉菌的生长受到抑制，贮藏期可延长一倍。

[水中应用浓度]

★水应用中臭氧溶解度在0.1mg/L～10mg/L之间。低值作为水消毒净化要求的最低浓度，高值作为“臭氧水消毒剂”可达到的浓度值。

★自来水臭氧睁化，国际常规标准为0.4mg/L的溶解度值，保持4分钟，即CT值为1.6。

★水中余臭氧浓度保持在0.1～0.5mg/L作用5～10min可达消毒目的。

★臭氧水消毒灭菌是急速的，消毒作用在瞬间发生。清水中臭氧浓度一旦达,在0.5～1分钟内就杀死细菌，在浓度达4mg/L，在1分钟内乙肝病毒灭活率为100%。

★Herbold报道：20℃条件下，水中臭氧浓度达0.43mg/L时，可将大肠杆菌100%杀灭，10℃时仅需0.36mg/L即可全部杀灭。

★臭氧浓度为0.25～38mg/L时，仅需几秒或几分钟完全灭活甲型肝炎病毒（HAV）

★矿泉水中臭氧溶解度在0.4～0.5mg/L时，即可满足杀菌保质要求。合理的臭氧投放量为1.5～2.0mg/L。

★瓶装水处理应达0.3～0.5mg/L的臭氧溶解度值，要求投加臭氧应满足1m3水2gO3的发生量。根据实践经验，臭氧发生浓度高于8mg/L时容易达到浓度。4.1臭氧的杀菌特点[12]

臭氧处理生活饮用水，其主要的目的为消毒并降低生物耗氧量（BOD）和化学耗氧量（COD），去除亚硝酸盐、悬浮固体及脱色，已达到全面生产应用的水平。饮用水的处理在使用臭氧设备时，臭氧的投加量一般在1-3mg/L，接触时间10-15分钟即可，可作为选型时根据用水量计算参考。化学耗氧量（锰法）（COD－Mn），溶解性有机物（DOC），紫外消光值（SAC-254nm）。臭氧的投加量的单位为PPm=mg/L。臭氧主要功能是能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡。因此，臭氧对顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力。此外，臭氧在杀伤微生物的同时，还能氧化水中的各种有机物，去除水中的色、嗅、味和酚等能抑制微生物的繁殖起到净化水的作用；延长CD活性炭、HD钛棒芯、UF膜、NF膜的使用寿命。

当臭氧水中的臭氧浓度达到灭菌浓度0.3mg/L时，消毒和灭菌作用瞬间发生，水中剩余臭氧浓度达0.3mg/L时，在0.5～1分钟内就可以100%的致死细菌，剩余臭氧浓度达到0.4mg/L时，1分钟内对病毒的灭活率达100%[10]。

臭氧氧化其它物质和有机质，最终生成无害的氧气、水和二氧化碳，剩余臭氧在常温下半衰期为20～50分钟，数小时后全部分解，还原为氧气。因而臭氧发生器也成为所有矿泉水、纯净水生产企业必选的先进杀菌消毒设备。纯氧气经电解生成臭氧气，经气液混合泵混合于水箱水中,臭氧气溶水效率达98%，增加了水中的活性氧。臭氧装置由制氧机、臭氧发生器、气液混合泵、储水罐组成。供水系统为了防止纯净水的二次污染，延长纯净水的存放时间，由微电脑通过气液混合泵自动完成臭氧气与净化水的混合，臭氧投加量为1-5mg/L,接触时间为4-10min，维持臭氧气在水中浓度0.5-1mg/L剩馀臭氧浓度。仅30秒起到最佳杀菌功效，杀菌率可达100%。臭氧杀菌不产生有害气体物质、无污染、无残留物，环保节能等优点；臭氧溶于水中，臭氧在水中分解时，所产生氢氧基具有强大的氧化力，可将水中的杂质如铁、锰、臭味、细菌、病毒等迅速清除，并将水分子变小，使水的味道甘甜。且自来水中的氯或卤代有机物也可完全消除。（详情请参照《臭氧对水质处理之特性》专栏）。并产生负离子。臭氧在水中约20分钟至30分钟会分解一半，因此臭氧在水中静止1小时后很快就會還原成氧氣。臭氧是无毒物质安全气体，在浓度高于1.5mg/L以上时，人员须离开现场，原因是臭氧刺激人的呼吸系统，严重会造成伤害，为此，臭氧工业协会制定卫生标准：

国际臭氧协会：0.1mg/L，接触10小时

美国：0.1mg/L，接触8小时

德、法、日等国：0.1mg/L，接触10小时

中国：0.15mg/L，接触8小时

以上是人在臭氧化气体环境下的安全卫生标准，其浓度与接触时间的乘积可视为基准点。“应用臭氧一百多年来，世界没有发生一起臭氧中毒事件”。

臭氧浓度以重量百分比表示，分别取0~2.0之间八个数值，通过接触装置反应五分钟后的数据。

表1臭氧水浓度与臭氧浓度对照表为：

臭氧浓度0.20.40.60.81.01.52.0

臭氧水浓度0.350.550.750.851.151.652.15

以上结果表明，臭氧水的浓度与臭氧浓度成线性正比关系，制备高浓度的臭氧水必须先产生出高浓度的臭氧。因此，在现场使用过程中，很多单位采用了氧气作为气源来产生臭氧。在实验中当臭氧浓度(重量百分比)达到3.0时，臭氧水的浓度可达到15mg/L以上。

表2国内外公认的臭氧灭菌消毒的实验数据

臭氧消毒投放浓度投放时间病毒、病原体种类杀灭效率

10mg/m³20分钟乙型肝炎表面抗原

（HbsAg）99.99%

0.5mg/L5分钟甲型流感病毒99%

0.13mg/L30秒脊髓灰质炎病毒I型

（PVI）100%

40µg/L20秒大肠杆菌噬菌体

ms298%

0.25mg/L1分钟猿轮状病毒SA-H

和人轮状病毒2型99.60%

4mg/L3分钟艾滋病毒

（HIV）100%

8mg/m³10分钟支原体（Mycoplasma）、

衣原体（Chlamydia）等

表1臭氧在空气中的杀菌效果（1ppm=2mg/m3）菌种臭氧浓度(ppm)时间(min)杀菌率(%)菌种臭氧浓度(ppm)时间(min)杀菌率(%)枯草杆菌0.5599.99金黄色葡萄球菌0.30.51000.910100黑曲霉菌1.51.01003.020100酵母菌1.51.01003.540100大肠杆菌0.2199.98鼠伤寒杆菌0.211000.551000.55100乙型肝炎表面抗原HBXAg0.5566宋内氏菌0.211000.910660.551003.020100白色葡萄球菌0.211003.5401000.551004.560100表2臭氧水的杀菌效果菌种菌落数(10个/L)臭氧水浓度(mg/L)处