曹帅 畅翱

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引言

臭氧作为一种强氧化剂，在消毒杀菌方面有着较好的效果，随着医疗、食品、生物制品生产等行业对于空气消毒水平效果的要求不断提升，臭氧消毒技术的优势和重要作用得以凸显，臭氧消毒技术也逐渐被应用于净化空调系统当中。但与此同时，臭氧残余也会对人体健康造成一定影响，例如呼吸道受损、咽喉疼痛、头晕头痛等。因此，为保障臭氧消毒效果，同时减少对于人体危害，加强对于臭氧消毒技术在净化空调系统中的应用研究是十分有必要的。

1 臭氧消毒机理

臭氧是氧气的一种同素异形体，化学式为O3，是一种具有鱼腥气味的淡蓝色气体，也被称为超氧，相比于氧气，臭氧的氧化性更强，能够在较低的温度下发生氧化反应，而且易分解为氧气，因此不会造成二次污染。由于臭氧本身十分的不稳定，能够轻易分解成为单原子氧和羟基，有着极强的氧化能力，因此可作为强氧化剂使用，能够在较短的时间内，对细胞、病毒以及致病微生物等造成严重破坏，进而达到杀菌消毒的目的。其主要消毒机理包括以下4种情况：第一，臭氧直接对细菌细胞核当中的物质产生作用，例如核酸当中的嘌呤或者嘧啶，进而影响细菌正常新陈代谢，致其死亡；第二，臭氧氧化分解细菌当中生成葡萄糖所需要的酶，以此使得细菌细胞丧失活性，进而死亡；第三，臭氧与细菌细胞壁的脂类双链发生反应，然后进入细胞，对细胞的脂蛋白以及脂多糖等进行攻击，使得细菌细胞溶解死亡；第四，臭氧攻击病毒壳体蛋白的RNA，阻止蛋白质的生成，并发挥其自身氧化作用，将噬菌体表皮分解为多个碎片，释放核糖核酸，以此达到消毒效果[1]。

2 臭氧消毒技术的应用优势

臭氧消毒技术在净化空调系统当中的应用优势主要体现在以下2个方面：一方面，与紫外线直接照射消毒相比，该消毒方式不存在死角，通过空调系统能够将臭氧均匀地释放到空气当中，而且通透性相对较好，能够实现对于密闭空间的全面消毒，而且消毒杀菌的效率相对较高，此外，由于臭氧自身作用机理，其消毒杀菌的范围较为广泛，不仅能够作用于病毒、真菌以及细菌繁殖体等多种有害微生物，而且对于肉毒杆菌等也有着较好的消毒杀菌效果，此外，臭氧消毒还具有除异味的作用。另一方面，臭氧消毒技术不存在污染问题，而且与消毒剂消毒等方式相比，更加简单便捷。

3 臭氧消毒技术在净化空调系统中的应用研究

3.1 臭氧发生方法选择

在实际应用该技术的过程中，由于臭氧其本身较强的不稳定性，难以实现存储，因此在应用该技术的过程中，必须要使用臭氧发生器，随时生产随时使用。因此，净化空调系统当中应用臭氧消毒技术主要是在系统当中的合适位置安置臭氧发生器，使得臭氧能够随着空调系统的运转而释放到空气当中，进行消毒杀菌。对此，在空调系统中应用该技术时，就需要先明确相应臭氧发生方法。常见的臭氧发生器主要包括以下三种。

3.1.1 紫外线照射臭氧发生器。这种臭氧发生方式就是在特定波长的紫外线照射之下，将氧分子分解，进而形成臭氧。紫外线照射方式下，需要大体积灯管，这种臭氧发生器需要的空间较大，而且臭氧的生产效率较低，相应设备的使用寿命也相对较短，因此，这种臭氧发生器并未得到广泛应用，尤其不适合使用在空调系统当中，多被用于碗筷消毒柜当中。

3.1.2 电解式臭氧发生器。这种臭氧发生器主要是通过电解纯净水进而达到生成臭氧的目的，该发生器的主要优势在于得到的臭氧水有着较高的浓度，而且成本较低，相应设备的维修和使用都较为简单便利。但是实际生产过程中，电极寿命有限，而且产量较低，无法快速便捷地进行臭氧收集，因此导致这种发生器的应用也受到一定限制，只能用于特定设备或者场景，与净化空调系统适配性不高。

3.1.3 高压放电式臭氧发生器。该发生器主要是在高压电流的支持下，形成相应电场，使得电场内以及周围的氧气发生反应，进而生成臭氧。在多年的研究和探索之下，该技术当前已经发展得较为成熟，而且设备寿命相对较长，能够生产出大量的臭氧，是臭氧消毒技术应用过程中的常用臭氧生成措施[2]。

综合考虑多种臭氧生成方法，结合净化空调系统实际情况和需求，应采用高压放电式臭氧发生器进行臭氧制备。

3.2 残余臭氧消除方法

残余臭氧对于人体有着极大的危害，主要表现在以下几个方面：第一，人眼以及呼吸系统，臭氧易溶于水，十分容易入侵到人眼睛以及呼吸系统当中，并产生强烈的刺激，当空气当中的臭氧浓度达到一定高度之后，人体会出现呼吸道炎症、哮喘、肺功能受损，以及眼结膜炎，视力下降等症状。第二，臭氧会攻击人体当中的淋巴细胞，导致人体免疫功能受损。第三，臭氧还会引起人体染色体畸变。第四，造成人体缺氧、酶活性受损等。因此，在实际应用臭氧消毒技术的过程中，还需要加强对于残余臭氧消除方面的重视，当前有效消除残余臭氧的方式主要包括通风换气、吸附吸收以及分解法3种。

3.2.1 通风换气法。臭氧的半衰期为20-50分钟，且最终的分解物为氧气，所以通过开窗通风的方式将室内臭氧释放到室外，并通过室外新鲜空气达到降低室内臭氧浓度的目的，这是最简单的去除残余臭氧的方法。但是这种方式受到外界环境影响较大，对于寒冷地区并不适用。但具备完善空气净化系统的生物制品洁净车间一般都配有专用的消毒排风装置，可以快速有效地进行通风换气，从而达到将残余臭氧释放到室外，同时置换新鲜空气降低室内臭氧浓度的效果，因此在净化空调系统中使用较为广泛。

3.2.2 吸附吸收法。其中化学吸收法主要指的是应用药液吸收残余臭氧，如硫代硫酸钠等，但是此方式存在的主要问题是废液处理相对困难和麻烦。而物理吸附法主要是使用活性炭吸附臭氧，该方法虽然相对较为简单便捷，但实际应用过程中，活性炭失活问题需要加以解决，而且其臭氧清除效果还会受到气流走向、空气压力以及臭氧浓度等多种因素影响，因此臭氧清除效果难以得到良好保障。

3.2.3 分解法。催化分解法主要包括以下3种方式：第一，热分解，通过将气体加热到400℃，使其发生氧化还原反应，达到去除臭氧的目的，但是该方式对于装置设备有着较高要求，因此成本较高，能耗较大，不适用于空调系统。第二，辐射分解，通过紫外线或近红外线，对臭氧进行照射，进而将其转化为氧气，在此过程中，容易产生其他有害气体，具有一定安全隐患。第三，为催化分解法，该方法主要包括热催化和光催化两种方式，其中热催化是将贵金属或者过渡金属转化为金属氧化物催化剂，进而达到分解臭氧的目的，热催化剂制备过程相对较为困难，因此应用范围并不广泛；而光催化法是在光照以及催化剂的共同作用之下，实现对于臭氧的分解处理，有着较好的催化活性，制备过程也相对较为简单，因此净化空调系统当中也可采用光催化法消除残余臭氧[3]。

4 保障臭氧消毒技术应用效果的措施

在实际应用臭氧消毒技术进行空气净化消毒处理的过程中，为保障消毒效果，通常所使用的臭氧浓度相对较高，可能会对人体造成不良影响，通常在消毒过程中，需要将人员带离消毒房间。因此，在净化空调系统当中应用臭氧消毒技术时，为保障消毒效果、避免对人体造成不良影响，同时达到节能减排的目的，需要加强对于以下3个方面的重视和控制。

4.1 合理确定臭氧用量

在实际应用臭氧消毒技术的过程中，由于不同净化空调系统的应用场景不同，因此对于杀菌消毒的要求存在差异，使得空调系统的臭氧用量也各不相同，因此，需要根据臭氧灭菌效率以及相关技术规范，合理确定臭氧用量和浓度。例如，对于灭菌体积为1500m3的空间而言，要求其臭氧的发生量应为75.5g/h（w），因此可以选择臭氧产量为每小时80g的发生器。在此过程中，臭氧用量的确定公式如下：

其中，W表示每小时臭氧用量，单位为mg/h；S表示发生器运行1小时臭氧的自然衰退率，为61%；V表示消毒空间的体积，单位为m3；N表示应用臭氧消毒技术下的空气中臭氧浓度，此浓度需要根据相关技术规范以及经验合理进行确定，如当灭菌空间体积为1500m3时，臭氧浓度应达到19.6mg/m3。

4.2 科学提升消毒速度

为进一步保障臭氧杀菌消毒的效率，在应用该技术的过程中，应加强对于各种因素对臭氧杀菌速度的研究和分析，并合理进行相关条件的控制，以此在保障消毒质量的同时，提高消毒速度，以此提高消毒水平，降低空调能耗。结合臭氧自身的特点进行分析可知，影响臭氧消毒效率的主要因素包括空气湿度、臭氧浓度以及空气温度等方面。经研究发展，臭氧杀菌消毒的效果会随着空气中臭氧浓度的增加而有所提升，当臭氧浓度为1ppm时，想要消灭空间内90%的细菌需要90min；而当臭氧浓度为0.5ppm时，则需要120min；当臭氧浓度为50ppm时，仅需要20min就能够消灭空间内90%的细菌。空气相对湿度影响方面，相同浓度的臭氧，在相对湿度分别为15%～20%、50%～60%以及85%～95%的条件下对其灭菌速度进行检测，发现湿度越高其灭菌的速度也就更快。另外，空气温度越高，对于消毒灭菌越有利，因此臭氧消毒效率也就越高。综上，在实际应用臭氧杀菌技术的过程中，应合理控制室内的温度、湿度，并适当增加臭氧浓度，以此提高臭氧消毒速度，保障消毒能效。

4.3 尽快清除臭氧残余

经过上述研究和分析可知，对于净化空调系统而言，可选择通风换气法或光催化法消除残余臭氧。通风换气法对于使用环境和场所有一定的要求，为进一步提高残余臭氧的消除速度和效率，减少空调系统能耗，提高消毒杀菌水平，也可和光催化法结合使用，合理进行相应条件的控制。不过对于臭氧催化分解方式而言，温度对于该催化反应有着直接影响，温度越高，催化反应速率越快，同时还能够有效提高臭氧自然衰减的速度。臭氧自动衰减主要是由于其本身不稳定性而形成的特点，在自然情况下，臭氧会自动转变为氧气这种稳定的形态，而温度越高，臭氧的不稳定性越强，其自然衰减速度也会不断提高。此外，空气相对湿度也会对臭氧催化分解产生一定影响，当湿度较高时，十分容易在光催化剂表面形成水膜，影响催化反应速率，因此为提高残余臭氧清除效率，应结合实际情况，利用净化空调系统合理提升室内温度，并降低相对湿度，尽快清除臭氧残余[4]。

5 结束语

综上所述，在净化空调系统当中应用臭氧消毒技术时，也能够着重加强对于臭氧发生方法选择、残余臭氧消除方法等方面的研究和重视，常用的臭氧发生器包括紫外线照射、电解式以及高压放电式三种，残余臭氧消除方法主要包括通风换气、吸附吸收法以及分解法，对于室内空气净化而言，高压放电臭氧发生法和通风换气消除法是较为理想的方法。此外，为确保该技术的应用效果，还应合理确定臭氧用量，尽可能提升消毒的速度，并尽快清除臭氧残余。相信随着对臭氧消毒技术的深入研究和实践应用，其在净化空调系统中的应用效果将会得到进一步提升。