饮用水处理对臭氧设备的要求与国产化
李汉忠
臭氧—活性炭深度处理技术为改善生活饮用水质量、保证人民身体健康发挥了重要作用，也推动了国家与相关行业水质标准的制定。
1 饮用水处理应用臭氧设备情况
臭氧在世界各经济领域都有广泛应用，但一直都以饮用水处理为最主要的市场，90%以上的臭氧设备用于自来水处理。臭氧应用于饮用水消毒净化已有一百年历史了，臭氧系统的配置、功能的设计都紧密配合饮水处理的需要，可以说是饮用水处理工艺的进步主导了世界臭氧产业的进步与发展。
1.1 国外简况
臭氧用作饮水杀菌消毒开始于一百年前，1906年法国尼斯水厂采用臭氧消毒工艺一直运行到1970年，被看作“饮水臭氧化的诞生地”。到1940年，用于大型自来水厂的臭氧设备有119套，其中90个为法国水厂。至1977年，世界至少有1036座应用臭氧处理的水厂，其中半数以上属于法国。由于氯消毒产生氯化副产物的危害性被人们所认识，采用臭氧处理饮用水的国家越来越多，规模也越来越大。据报导，1987年美国洛杉矶水厂装备190kg/h臭氧设备日处理228万m3水，而成为当时世界最大的臭氧水厂，该厂自建低温分离液氧装置为臭氧设备供气。而近期装备200kg/h以上臭氧设备的水厂已有多家。
应用臭氧的目的已从早期的杀灭细菌、病毒发展到去除水中藻类与有机污染物。
1.2 我国应用的发展
我国自来水厂有规模地应用臭氧处理技术开始于上世纪八十年代中期，北京田村山水厂使用日本进口的15kg/h臭氧设备处理饮用水；北京燕山石化水厂使用国产5台1kg/h臭氧设备以臭氧—活性炭工艺处理水库水一直运行至今。以后一些大型石化企业自备水厂相继采用了臭氧处理工艺。1997年，昆明第六自来水厂采用ozonia公司三台11kg/h臭氧设备处理滇池水，是我国成功应用臭氧——活性炭深度处理技术的范例。
在卫生部《生活饮用水卫生规范》正式把化学污染物作为饮用水控制指标后，有力地推动了臭氧深度处理技术的发展。近几年，广东、浙江、上海等地陆续新建、改建了臭氧处理工艺水厂，安装臭氧设备发生量达几百公斤，其中包括广州南洲水厂这样世界级规模的大型臭氧水厂。
我国将有更多的饮用水厂在未来五年内采用臭氧深度处理工艺，装备臭氧设备的总容量可能达到近万公斤，成为需求臭氧设备的大国。
全国给水深度处理研究会为研究，推广臭氧深度处理技术作出了重要贡献！
2 深度处理工艺对臭氧设备的要求
2.1 臭氧浓度
2.2 发生量与电耗
2.3 可靠性
3 应用国外设备暴露的问题
3.1 维修服务缺乏诚信
3.2 模糊概念误导用户
4 深度处理臭氧设备的国产化问题
4.1 大型发生器的开发
4.2 满足中小型水厂应用条件
4.3 国家政策支持臭氧设备国产化
4.4 系统配套与咨询服务
升级换代 臭氧消毒应用面临决择
李汉忠
“制药厂中央空调净化内置式臭氧消毒系统已经到了需要更新升级的时候了！”中国工业经济联合会臭氧专业委员会主任李汉忠日前在接受记者采访时指出，近十几年来，由于臭氧设备厂家进行恶性价格竞争，造成产品性能下降，并且在制药企业已经得到广泛应用的内置式臭氧消毒设备存在维护及检测困难等诸多问题，因此，设备更新换代，以及规范使用及验证等，已经成为制药业臭氧消毒技术应用领域的迫切需要解决的关键问题。李汉忠高工表示，面对这些迫切的问题，中国工业经济联合会臭氧专业委员会将不遗余力地与制药企业开展合作，为其提供技术支持。
■内置式设备问题突出
据了解，自上世纪90年代制药工业实施GMP认证以来，臭氧技术开始进入制 药厂空气净化消毒领域。江苏省的镇江康尔臭氧公司是先行者，他们与相关设计部门合作，首先开发了用于中央空调HVAC系统的消毒净化用内置式臭氧设备，并开创了在供气管道上装设“发生器接头体”的改装模式，解决了系统与空间消毒的难题。但是，由于臭氧设备的技术含量低，20世纪90年代末期新生了一大批小型臭氧生产企业。他们与净化公司向制药厂推广廉价的中央空调净化系统用内置式臭氧设备，由此导致产品指标无法检测、性能降低快等严重问题。
人工产生臭氧的方法有光化学法、电化学法、电晕放电法等。工业应用的臭 氧设备绝大多数是能耗最低的电晕放电技术方法，即含氧气体在交变高压电场下产生电晕放电，O2分解聚合成O3。
李汉忠主任告诉记者，对于空气净化系统和空间的消毒，要求合理配置一定 规格的臭氧发生器。目前在制药厂HVAC中央空调供风系统中安装的发生器有内置式和外置式两种。目前普遍应用的内置式臭氧系统存在的问题主要有三点：一是臭氧发生元件均为沿面放电型，大多采用充惰性气体的玻璃管网式沿面放电臭氧管。这种臭氧器件在国外被称作臭氧灯，国外生产的此类发生器一般被安装在食品冷藏船上用以食品防霉保鲜。我国上世纪80年代开始生产此类器件，但是由于工艺不严格，存在臭氧发生能力衰减快的缺点，使用后臭氧发生量会越来越少，消毒效果很差，使用寿命短。但是，由于其生产简单、价格低廉，所以制药厂空气消毒设备的生产厂家仍以此进行低价竞争。二是内置式发生器无气源，靠管道送风带走臭氧，臭氧量发生变动因素很难测定，厂家也只是估算其产量，设计参数很难保证。三是由于湿度和尘埃的影响，使臭氧发生量加剧降低，并容易造成打火引燃过滤器等材料，从而引发事故。这种发生器的维护和修理也很困难。
■外置式发生器较为完善
据李汉忠高工介绍，外置式臭氧发生器是标准型发生器产品，符合国家相关 行业标准要求。该发生器配置气源干燥净化系统、臭氧发生室、冷却系统、电源与控制保护系统等，因此稳定、安全。其臭氧发生量可准确测定。在使用中，可将标准型发生器放在空调机房内，臭氧随输出管被引入主供风道，随供风通入各消毒空间，从而达到特定的消毒效果。发生器的控制系统可以与空调机组连接协调工作，其还可带多个空调机组，利用电磁阀分时控制，各空调机组分时工作。李汉忠主任强调，虽然外置式发生器的价格比内置式要高得多，但其可靠的 性能、稳定的消毒效果和较长的使用寿命，对满足制药过程的杀菌要求是完全必要的。
■精确量化臭氧需要量是难点
据李汉忠主任介绍，制药厂利用中央空调系统进行空气净化消毒处理，其臭氧需要量包括充填空调送风管道容积和车间空间容积的臭氧量、正压泄露量和自然分解量。到目前为止，由于臭氧的半衰期难以确定、中央空调新风补充量变动大等原因，需要的臭氧量难以精确量化。目前，可参考国外食品加工车间消毒的推荐量和国内制药企业的经验，按Q0=2.5×C0×V计算臭氧产量（其中Q0为需要的臭氧发生量，单位为克/小时；C0为空间消毒要求的臭氧浓度，单位为毫克/立方米；V是车间空间容积与送风管道容积之和，单位为立方米）。
■控制关键参数
臭氧发生器投入使用后应确定消毒工艺参数：臭氧浓度、消毒时间、温度、 湿度。日常运行中应定期监测臭氧浓度。臭氧空气消毒的主要参数为浓度（C）和作用时间（t），消毒效果K=Ct。环境条件为温度和湿度。李汉忠主任告诉记者，在消毒时间与温度、湿度大致相同的条件下，臭氧浓 度与消毒杀菌效果存在对应关系。过去由于没有合适的仪器和缺乏手段，供应厂商与用户都很少检测现场空间臭氧浓度。很多使用单位都直接采细菌样化验来确定消毒效果，不合格时也难以找出确切的原因。现在测定臭氧浓度的方法很多，在现场检测空间臭氧浓度的便携式仪器有一种为新西兰aeroQUAL公司的臭氧监测仪，其可适时指示浓度值，又有接口可在线绘出过程曲线。臭氧发生器在验收时应检测其臭氧浓度与产量，确定是否合格。据介绍，实际应用表明，在常温条件下，相对湿度（RH）在70%以上消毒效果 较好。对于净化条件很好的制药企业的HVAC供气系统，在常温和RH70%条件下，10毫克/立方米的臭氧浓度和60分钟的消毒时间，可达到万级洁净度对消毒的要求。对百级标准要求可以提高臭氧浓度或延长消毒时间。
■效果检测应避免有机物影响
在采访中，李汉忠主任特别强调，由于臭氧以其氧化性能杀灭微生物，因此， 其杀菌效果的检测与验证与其他消毒剂有所区别，在实际操作中应予以注意。例如空气中细菌采样有空气撞击式采样法和平皿沉降法，技术人员都应在消毒前后各采几组样，以确定杀菌率与存在细菌数。其中以撞击式采样为好，而用平皿采样时应在停止送风后进行。
值得讨论的是，目前制药业通用的消毒效果验证方法都是将试验菌种的菌悬 液直接涂复在培盖基上，再作效果验证。对此，李汉忠主任指出，由于细菌实际已被培养基有机物浸润，消毒时臭氧首先与有机物接触发生氧化反应而被快速消耗，因此其与细菌接触氧化的作用大大降低，这是造成检测结果不十分满意的主要原因。对此，将试验菌种制成生理盐水菌悬液（不加干扰剂），直接喷雾在实验空间或注入平皿，在平皿内使其均匀扩散成液膜，然后进行臭氧杀菌，通过培养检测杀菌效果并确定其相对应的臭氧浓度和消毒时间。这种方法可以避免有机物对杀菌效果的影响。
臭氧可治疗颈椎腰椎间盘突出症
王世汶
椎间盘突出症是一种常见病及多发病，随着计算机和汽车在国内的普及，该病的发病率正在迅速提升，并将成为威胁年轻一代的“普及”型疾病。国内研究资料表明，我国的腰椎间盘突出症患者约为一亿二千万人左右，每年新增病例数约为800~1000万左右。传统的中医治疗方法为保守治疗，包括理疗、推拿、针灸、中草药等。
20世纪30年代在英国和新西兰率先开展外科手术治疗，经过几十年的不断改进和发展，外科手术治疗已经成为了治疗腰颈间盘突出的重要手段。但外科手术也有十分明显的缺陷，危险性高、费用大、根治有效率不理想等。90年代中期，由意大利医疗专家在欧洲率先推行了一种新的安全治疗方法———“臭氧椎间盘及椎旁间隙注射术”，其有效率高达75~85%%，目前该治疗方法在欧洲各国已经得到普遍应用。该治疗方法较传统方法有操作简便、创伤小、安全性高，无毒副作用、费用低廉等优点。
中国第一军医大学于2000年首次将该技术引入国内，并已经在国内形成了1000多例的临床案例。在国内已经接受治疗的患者中，总有效率在76~80%%之间，尤其对于颈椎间盘突出者，较其他方法更加有效、安全。这一科研和临床成果已经引起了国内医疗行业的极大关注，并已经开始在国内多家医院进入临床应用，是未来治疗颈腰间盘突出的一个新兴手段，为广大饱受痛苦折磨的颈椎病和腰椎间盘突出症患者带来了意外的福音。
臭氧作为一种医疗手段，在国外，特别是在欧洲已经有100多年的历史，尤其是在近20年内，臭氧已经发展成为一门新的医疗和保健手段。国外已经将臭氧成功应用于治疗各种皮肤病、妇科病、血液病、心血管疾病、老年疾病、毒性传染病，如肝炎、艾滋病等，并且臭氧作为一种美容手段也在欧洲和日本大行其道。国内臭氧在医疗行业的应用还基本处于空白阶段，具有极大的发展潜力和空间。目前臭氧产业联合会正在组织专家研究开发臭氧治疗颈腰椎间盘突出的专用设备，争取为该项目的全国推广提供必要的技术支持，形成一个完全崭新的治疗产业。
治疗原理：根据国外的经验，臭氧和氧气对治疗椎间盘突出症具有明显的疗效，尤其是膨出及轻中度突出合并根性压迫症状者。但O2~O3的作用机制并不清楚。从现有的资料来看，椎间盘突出导致腰腿痛的机制主要有四种学说：神经机械性受压学说、炎症学说、自身免疫学说及神经递质学说。我们以前的动物试验已清楚的表明注射O3可引起髓核细胞坏死，缓解神经根受压。有报道认为其作用机制是利用O3的强氧化特性，溶解椎间盘髓核内的蛋白多糖，来达到使椎间盘萎缩、纤维环回缩之目的，从而缓解神经根受压、解除腰腿痛症状。但事实上，脊神经根受压并不是在所有情况下均可导致根性疼痛。CT及磁共振显像在20%%~30%%无任何疼痛病史的受检对象中发现间盘突出。近年来随着对神经根的解剖生理学研究的深入，认为对神经根的机械性压迫实质上并不与根性痛的产生直接相关，而神经根的无菌性炎症、神经根的营养障碍和神经根传导性损害等因素才可能是产生腰腿痛的直接原因。仅那些已受累或有炎症的神经根，才能在受压或牵拉的情况下诱发根性痛。尤其是硬膜外或神经根鞘膜外脂肪的无菌性炎症刺激是引起神经痛的主要原因。当然，对神经根的长期机械性压迫可引起神经根内毛细血管通透性增高，导致水肿形成。有学者对腰腿痛患者椎管内神经根周围粘连组织进行电镜观察，见其充血、水肿、红细胞和粒细胞浸润、纤维化、结缔组织增生等无菌性炎症病理表现。突出的髓核可以引起周围组织的炎性反应。此外，成熟的髓核通过纤维环和软骨板的机械性屏障封闭作用与机体免疫系统之间相互隔绝，一旦椎间盘破裂导致髓核脱出，将刺激机体免疫系统产生自身免疫反应。免疫反应可通过炎症介质的酶产物造成神经炎性反应，同时可造成机械性刺激伤害感受器的阈值降低，从而在生理免疫状态下发生腰腿痛，也就是说自身免疫反应的重要途径是通过炎症反应而起损伤作用。
中国国家P3实验室首次证明，臭氧可杀灭SARS病毒
王世汶
人类自从发现并使用臭氧以来，全世界一直用臭氧对形形色色的病毒、细菌进行“激烈斗争”，并总结了许多的经验。如臭氧对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、荧光假单胞菌、鼠伤寒沙门氏菌、福氏痢疾杆菌、霍乱弧菌，对乙肝病毒抗原、甲型肝炎病毒抗原、甲型流感病毒，还有“剧毒之首”的爱滋病病毒(HIV)都进行过消毒灭菌实验，取得了很不错的效果，并且臭氧对这些病毒、细菌的消灭，十分迅速，可以说是“刀起首落”。
而此次造成非典型肺炎流行的罪魁祸首是一种冠状病毒的新变体。科学家对它的认识和最终确认都历经了较大的波折，臭氧作为优秀的消毒剂，一直没有机会与SARS病毒“单刀赴会”，但是臭氧行业的专家学者普遍认为，臭氧对SARS病毒一定会有效果。由于缺乏第一手的实验数据，所以只能是从理论上进行推测。
中国工业经济联合会臭氧专业委员会专家、“国家P3实验室”主任李泽琳教授主持了利用臭氧进行灭活SARS病毒的实验，实验中对绿猴肾细胞接种的SARS病毒综合灭活率为99.22%，而且经过三次重复实验，都达到很高的灭活效率，取得了圆满成功。
据中国工业经济联合会臭氧专业委员会向国际臭氧协会检索，此次利用臭氧灭活SARS病毒实验是世界上的首例，它不但向社会提供了臭氧有效杀灭SARS病毒的科学依据，对中国乃至世界臭氧产业的发展产生影响，更重要的是，消费者可以放心的使用臭氧产品消灭SARS病毒。同期由中国环境科学院完成的对比性实验证明，此次使用的臭氧完全符合环境安全的要求。
背景资料：关于臭氧
臭氧是一种高效的消毒物质
高空大气的臭氧层是人类免于太阳光中紫外线强烈侵袭的天然屏障。而臭氧作为一种奇特的物质，是氧气的孪生姊妹，与氧气相比较，它具有不同寻常的能力，就是对病毒、细菌毫不留情，是一种高效的消毒物质。
我国卫生部门颁布的法规中对臭氧的杀菌作用作了明确的肯定：臭氧是一种广谱杀菌剂，它可杀灭细菌繁殖体和芽胞、病毒、真菌等，可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧在水中的杀菌速度较氯快。而且臭氧使用后，会自己消失的无影无踪，变成氧气，不像其他化学消毒剂那样，还会有残留，这种化学消毒剂的残留，小的可以损坏您家的家具、电器，大的会对我们生活的环境造成很严重的污染。
臭氧就在你我身边
早在19世纪，人们利用臭氧的特殊作用，广泛的应用于消毒、水处理、医药卫生、食品保鲜等。一百多年来臭氧已深入到我们日常生活的各个方面，1902年，德国建立了第一座用臭氧处理水质的大规模水厂，开创了臭氧水处理的先河，现在世界上已有数千座臭氧水厂，欧美、日本、加拿大等国家的自来水厂应用臭氧已达到普及程度。矿泉水、纯净水厂家几乎都装备了臭氧设备，我们现在所喝的自来水、纯净水利用臭氧处理一下，就会提高水的口感和卫生条件。1904年欧洲利用臭氧对牛奶、肉制品、奶酪、蛋白等食品进行保鲜，延长食用期限。在医疗方面，二战时日本利用臭氧进行人体理疗，俄罗斯则利用臭氧气体增强运动员的体质。世界上已经形成了独立的臭氧产业和部门，1973年国际臭氧协会(IOA)建立，中国也于1998年成立了臭氧产业联合会。
目前，在保健方面，日本、台湾流行吸含低浓度臭氧的空气以强身，用臭氧化水淋浴身体杀灭体菌和美容。现在流行的高科技美容，事实上就应用的是臭氧。
臭氧消毒具有优越的性能
目前制伏非典、流感等呼吸道传染病的方法通常有：注射疫苗，加强身体锻炼，形成良好的卫生习惯，勤洗手，对衣物、锅碗瓢盆等日常物件和居室进行消毒。
在消毒这方面，臭氧具有优越的性能，主要是高效性——臭氧消毒自产自销。消毒时臭氧发生器产生一定量的臭氧，在相对密封的环境下工作，克服了紫外线杀菌只能直来直去，存在的消毒死角的问题，同时还具有很强的除霉、腥、臭等异味的功能；高洁性——臭氧可自然分解为氧气，不存在任何残留，解决了化学消毒剂消毒时，残留物的二次污染问题，同时省去了消毒结束后再次清洁的麻烦；方便性——臭氧杀菌如同使用电视机一样方便，只要看明白说明书，按照步骤操作即可；经济性——买一台臭氧消毒设备，只需不到一千元，按使用十年算，那么每天也就三毛钱。
食品安全与臭氧
王世汶
安全和健康是目前人们饮食中最为关切的内容。上周,市食品安全办再次发出警告:绝对无污染的农产品是不存在的,无公害也只是相对而言。这再一次引起人们对每天要吃的蔬菜中农药残留物的关注。
食品安全忧虑主要来自于蔬菜水果
有关部门最近对北京、上海、广州、深圳、重庆、昆明等城市进行了一次安全食品市场调查分析,访问对象共计5000人次。调查包括人们对目前食品安全的放心程度,对蔬菜水果农药残留的认识和了解程度,对蔬菜水果农药残留危害的认识程度,及蔬菜水果农药残留的解决方法等。
调查表明,群众对于食品的安全担忧主要来自于蔬菜水果、肉制品和蛋类,而对于粮食、奶制品的放心程度较高;人们对于蔬菜、水果农药残留污染的问题已经有了非常深刻的认识,超过80%的人群对于问题的严重程度认识较清楚;对于农药残留可以诱发癌症、儿童白血病、致畸和各种其他疾病都有特别的警惕;为了降低农药残留量,人们在食用食品时,往往采用用水浸泡、用洗涤灵清洗、尽可能去皮等方法;调查中,群众希望买到更多经国家权威部门定期检测、能够基本去除农药、激素、细菌、病毒、虫卵的蔬菜、水果;高收入人群以及受教育程度较高的教师、医生、机关干部等,愿意为购买安全食品付出更高一些的价格。
应用臭氧等科技手段可以消灭农药污染
尽管农药污染问题已经引起了政府和群众的高度重视,但采用传统的方法很难解决问题。清华大学环境学博士王世汶等,将生物、物理、氧化、灭菌方式“一起上”,实现了蔬菜、水果等农产品农药、化肥、生物污染的综合性去除,使要处理的食品在流水线上“一过”,就能基本消除农药的污染,并对细菌、病毒、虫卵等给予杀灭,而蔬菜、水果的营养特性和外观没有变化,保鲜期还提高了一倍多。美国、加拿大、法国等著名国际食品安全论坛,也邀请王世汶博士进行交流介绍。北美一家高科技上市公司,通过两年评估,认为这套技术特别适合以生食为主的西方人,已经率先购买并出口美国。
王世汶博士介绍,他们应用植物提取精华,分解农药,同时使用了微波和高效羟基氧发生及混合技术,实现“全绿色”,在有效去除有害物质的同时,不产生新的二次污染,避免了化学清洗剂的弊端。其中还特别使用了臭氧技术。臭氧是一种高效、广谱的消毒剂。在符合基本浓度要求的前提下,可以使农药残留物部分化解,使细菌、病毒迅速被消灭。臭氧去除细菌的效果是氯气的1.5倍,杀菌速度比氯气快600-3000倍。在室温下,只要15到25分钟,臭氧在水中又可以转化为氧气,没有毒副作用。欧美许多国家都用臭氧对自来水、乳品等进行消毒、保鲜。
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