生物潔凈室臭氧消毒的殘余污染（一）上海

更新時間：2015-06-25

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      近年來，臭氧技術已在醫學、衛生、食品、食品儲藏保鮮、污水處理和飲用水殺菌消毒等行業廣泛應用，取得了效果。高濃度臭氧消毒后，臭氧在室內的衰減便成為暖通界關注的問題之一。本文實際測試了一間臭氧消毒的制藥潔凈廠房，利用質量平衡模型和一階衰減模型（thefirst-orderdecaymodel），理論上得到臭氧的衰減濃度曲線，再與實際測得的臭氧的衰減濃度曲線進行比較，進而分析理論計算值和實際測量值之的差異以及產生這些差異原因，得到了影響臭氧衰減濃度的相關因素。通過分析檢測得到的臭氧濃度數據，消毒結束后臭氧濃度的衰減時間低于預先設定的時間值，即該潔凈室臭氧衰減的設計時間符合勞動保護和人員安全的原則。

      關鍵詞：臭氧消毒一階衰減模型質量平衡模型臭氧衰減

      近年來，臭氧技術已在醫學、衛生、食品、飼養業、養殖業、食品儲藏保鮮、化工生產、大氣凈化、污水處理和飲用水殺菌消毒等行業廣泛應用，取得了效果。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（衰變為氧氣），殺菌效果好等多個優點，因此在潔凈室和食品、制藥等有潔凈要求的廠房內，利用高濃度的臭氧進行殺毒已經相當普遍；然而另一方面臭氧也是一種室內污染氣體，對人體軟組織和呼吸道器官等有不同程度的傷害，據醫學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，在建議的時間內臭氧的濃度是否可以降到國家標準規定的允許值，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，利用質量平衡方程和一階衰減模型（thefirst-orderdecaymodel），得到臭氧產生和衰減的模型如公式（1）所示，公式（1）通常用來預測室內臭氧從產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），即室內臭氧濃度隨時間變化的濃度值：

      其中：

      C:潔凈室室內臭氧濃度，mg/m3；

      C0:潔凈室室內臭氧的背景濃度，mg/m3；

      S:臭氧的發生源，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，1/h；

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

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

      其中：

      C0:臭氧發生器關閉后，室內臭氧的初始濃度，mg/m3；

      3測試方法和測試過程

      3.1空調系統

      空調系統主要負責注射器灌裝、配制等區域的萬級的潔凈區。整個系統的送風量為19876m3/h（新風量為33%），回風量為12722m3/h，排風量為4620m3/h，被消毒潔凈區的總體積為563m3；被測試潔凈室的送風量為2811m3/h，回風量為969m3/h，換氣次數為54.91/h，體積為51.5m3。

      先，開啟臭氧發生器，使被消毒的潔凈室室內的臭氧濃度升高，當臭氧濃度達到穩定時，關閉臭氧發成器，打開通風系統，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的衰減情況。

      3.2臭氧的產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，是通過臭氧發生器產生的。臭氧發生器安裝的具體位置通常有三種：安裝在空調系統的送風道中；安裝在空調系統的回風道中；安裝在空調機組內。該制藥公司消毒系統的臭氧發生器安裝在空調機組內，具體的位置如圖1所示。所選臭氧發生器是一臺康爾公司生產的內置式臭氧發生器（型號KCF-G60），發生量為60±6g/h。由于臭氧本身的衰減和室內的溫度、濕度有密切關系，因此在打開臭氧發生器之前，要相應的關閉空調系統的加濕，加熱段。為了使臭氧在空調系統中形成內循環，應關閉新風和排風，開機1～2小時后，關閉臭氧發生器；打開通風系統，以保證臭氧濃度可以在規定時間內降到標準允許值。

      3.3采樣點位置

      室內臭氧濃度采樣點的具體位置如圖2所示，位置位于空調系統中的一間污染物有嚴格要求的潔凈室內，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，兩扇向內開啟的門（在測試期間關閉）；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X-01型紫外吸收式臭氧分析儀。該臭氧分析儀的量程0~10ppm，zui小可檢測量0.004ppm，精度為，前面顯示器顯示數字是四位或五位，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據線與計算機聯接，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系統的外部，而向被測潔凈室內通入一根采樣管，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任意時刻的臭氧濃度。

      4測試結果討論與分析

      當室內臭氧的含量達到穩定值時，關閉臭氧發生器時，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，通入的新風的臭氧濃度為0.014ppm（0.028mg/m3）。通過對濃度上升時的數據進行回歸，得到臭氧在本空調系統中的衰減系數Kd的值為0.1261/h，再利用一階模型和公式（3）可預測室內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系如下圖3所示：

      國家標準（GB/T18883-2002）規定的室內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，需要經過大約25分鐘的衰減，室內可達到允許值；而實際測試的結果是，在打開通風系統13.5分鐘后，室內臭氧濃度便降到了0.075ppm。建議經過30分鐘后可進入室內，由圖3可以看出該預定時間內，臭氧的濃度可以降到規定的允許值，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衰減的濃度。實測曲線和預測曲線之間的差異，更說明了臭氧在室內的衰減是一個很復雜的過程，比如臭氧的衰減和室內的臭氧濃度有很大關系，同時室內的可與臭氧反應的有機成分也影響衰減系數Kd，Kd值是通過數學回歸得到的，也具有一定的誤差。

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