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臭氧

   日期:2018-06-04     來源:百度百科    瀏覽:70    

  臭氧(O₃)又稱為超氧,是氧氣(O₂)的同素異形體,在常溫下,它是一種有特殊臭味的淡藍色氣體。臭氧主要分布在10~50km高度的平流層大氣中,極大值在20~30km高度之間。在常溫常壓下,穩定性較差,可自行分解為氧氣。臭氧具有青草的味道,吸入少量對人體有益,吸入過量對人體健康有一定危害。不可燃,純凈物。氧氣通過電擊可變為臭氧。

  中文名 臭氧

  英文名 Ozone

  別    稱 超氧

  化學式 O

  分子量 47.9982

  CAS登錄號 10028-15-6

  EINECS登錄號 233-069-2

  熔    點 -192℃

  沸    點 -111℃

  水溶性 1體積水溶解0.494體積臭氧

  密    度 2.14g/L(0°C,0.1MPa)

  外    觀 常溫下藍色氣體

  應    用 用于醫學、農業、餐飲業、殺菌、除甲醛等

  安全性描述 工作場所限值0.15ppm
 

  簡介

  臭氧是地球大氣中一種微量氣體,它是由于大氣中氧分子受太陽輻射分解成氧原子后,氧原子又與周圍的氧分子結合而形成的,含有3個氧原子。大氣中90%以上的臭氧存在于大氣層的上部或平流層,離地面有10~50千米,這才是需要人類保護的大氣臭氧層。還有少部分的臭氧分子徘徊在近地面,仍能對阻擋紫外線有一定作用。但是,一些專家發現地面附近大氣中的臭氧濃度有快速增高的趨勢,就令人感到不妙了。雖然臭氧在平流層起到了保護人類與環境的重要作用,但若其在對流層濃度增加,則會對人體健康產生有害影響。臭氧對眼睛和呼吸道有刺激作用,對肺功能也有影響,較高濃度的臭氧對植物也是有害的。

  從臭氧的性質來看,它既可助人又會害人,它既是上天賜與人類的一把保護傘,有時又像是一劑猛烈的毒藥。至今,對于臭氧的正面作用以及人類應該采取哪些措施保護臭氧層,人們已達成共識并做了許多工作。但是,對于臭氧層的負面作用,人們雖然已有認識,但至今除了進行大氣監測和空氣污染預報外,還沒有真正切實可行的方法加以解決。

  理化性質

  臭氧是氧氣的同素異形體,在常溫下,它是一種有特殊臭味的

  淡藍色氣體。英文臭氧(Ozone)一詞源自希臘語ozon,意為“嗅”。

  臭氧主要存在于距地球表面20千米的同溫層下部的臭氧層中,含量約50ppm。它吸收對人體有害的短波紫外線,防止其到達地球,以屏蔽地球表面生物,不受紫外線侵害。

  在大氣層中,氧分子因高能量的輻射而分解為氧原子(O),而氧原子與另一氧分子結合,即生成臭氧。臭氧又會與氧原子、氯或其他游離性物質反應而分解消失,由于這種反復不斷的生成和消失,臭氧含量可維持在一定的均衡狀態。

  物理性質

  臭氧的氣體明顯地呈藍色,液態呈暗藍色,固態呈藍黑色。它的分子結構呈三角形 。在常溫、常態、常壓下,較低濃度的臭氧是無色氣體,當濃度達到 15%時,呈現出淡藍色。臭氧不溶于液態氧,四氯化碳等,可溶于水,且在水中的溶解度較氧大,0℃,一標準大氣壓時,一體積水可溶解0.494體積臭氧。在常溫常態常壓下臭氧在水中的溶解度比氧約高13倍,比空氣高25倍。但臭氧水溶液的穩定性受水中所含雜質的影響較大,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。臭氧分子結構是不穩定的,它在水中比在空氣中更容易自行分解。臭氧雖然在水中的溶解度比氧大10倍,但是在實用上它的溶解度甚小,因為它遵守亨利定律,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。

  化學性質

  1. 臭氧很不穩定,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,它還能氧化有機化合物,使許多有機色素脫色,如靛藍。能侵蝕橡膠,很容易氧化有機不飽和化合物。臭氧、氯和過氧化氫的氧化勢(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。臭氧的氧化作用導致不飽和的有機分子的破裂。使臭氧分子結合在有機分子的雙鍵上,生成臭氧化物。臭氧化物的自發性分裂產生一個羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子,后者是不穩定的,可分解成酸和醛。其反應式為:

  2O3→3O2+ 285kJ ( 1-2 )

  由于分解時放出大量熱量,故當其含量在 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,在常溫常態常壓的空氣中分解半衰期為20~30分鐘左右。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,達到 270℃高溫時,可立即轉化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快。在含有雜質的水溶液中臭氧迅速恢復到形成它的氧氣。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,臭氧會變得更加穩定。臭氧在冰中極為穩定,其半衰期為2000年。

  2. 臭氧的氧化能力

  臭氧的氧化能力極強,其氧化還原電位僅次于氟,在其應用中主要用這一特性。

  臭氧支持燃燒,可燃物放入臭氧中可發生自燃現象且燃燒較氧氣中更加劇烈。

  3. 臭氧的還原反應

  a 、與無機物的還原反應

  臭氧與亞鐵、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均發生反應

  如:

臭氧與亞鐵、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均發生反應

  b 、臭氧與有機物的反應

  臭氧在水溶液中與有機物的反應極其復雜,

  ⑴ 臭氧與烯烴類化合物的反應 臭氧容易與具有雙鍵的烯烴化合物發生反應,反應的最終產物可能是單體的、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 臭氧和芳香族化合物的反應較慢,在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中,其反應速度常數逐漸增大。

  ⑶ 對核蛋白(氨基酸)系、有機氨也都發生反應

  臭氧在下列混合物的氧化順序為

  鏈烯烴>胺>酚>多環芳香烴>醇>醛>鏈烷烴

  毒性和腐蝕性

  臭氧屬于有害氣體,濃度為 6.25×10-6 mol/L(0.3mg/L) 時,對眼、鼻、喉有刺激的感覺;濃度 (6.25-62.5)×10-5 mol/L(3 ~ 30mg/L) 時,出現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/L)時 , 則對人體有危害。其毒性還和接觸時間有關,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,至今也沒有發現一例因臭氧中毒而導致死亡的報道。

  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,生產上常使用含 25% Cr的鉻鐵合金(不銹鋼)來制造臭氧發生設備和加注設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穩定得聚氯乙烯塑料濾板等,在臭氧加注設備中使用不久便見疏松、開裂和穿孔。在臭氧發生設備和計量設備中,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。

  近地面高濃度的臭氧會刺激和損害眼睛、呼吸系統等黏膜組織,對人體健康產生負面作用。專家表示,從長期觀測來看,盡管臭氧超標集中在日照充足的4月至9月,但結合國外治理經驗,隨著全國對PM2.5治理力度加大,空氣能見度提高,臭氧超標發生的概率會不斷增加,而且臭氧污染治理會比PM2.5治理的難度更大。

  北京大學公共衛生學院教授潘小川說,“臭氧的毒性主要體現在它的強氧化性上,可以破壞細胞壁,引發的危害都是急性的。對人體的危害主要是影響呼吸系統,容易對肺部產生急性危害,比如肺氣腫。還有近年來不斷增加的哮喘病,有些可能與臭氧污染有關。”

  安全濃度

  根據清華大學編的《臭氧技術應用文集》一書,將有關臭氧應用濃度按安全濃度空氣、應用濃度、水中應用濃度、環境濃度及感知濃度,分類摘錄,以便在應用中查找。 安全濃度人們允許接觸的臭氧濃度不大于0.2mg/m3

  ◎臭氧工業衛生標準: 國際臭氧協會: 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:0.15 ppm。

  ◎家用臭氧消毒柜外臭氧泄漏量不得超過0.2 mg/m3(指1.5米以外),消毒一個周期后殘留濃度不得大于0.3mg/m3

  ◎動物試驗表明,臭氧毒性的起點濃度為0.3 ppm,而人對空氣中臭氧可嗅知的濃度為0.02~0.04 ppm,根據臭氧對肺功能毒性的試驗結果,提出1.5~2.0 ppm為臭氧允許濃度的上限。衛生部規定臭氧最高允許濃度為0.3 mg/m3 (0.15 ppm)。

  空氣應用濃度

  ◎作為空氣除味與殺菌,要求臭氧濃度較低,如0.25 ppm(0.5 mg/m3),而物品表面消毒(殺滅微生物和去除化學污染)則要求提高幾十倍的臭氧濃度。

  ◎空氣應用臭氧濃度在1 mg/m3~10 mg/m3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%時達到最大值。

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

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

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

  水中應用濃度

  ◎水應用中臭氧溶解度在0.1 mg/L~10 mg/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” 可達到的濃度值。

  ◎自來水臭氧凈化,國際常規標準為0.4 mg/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0.1~0.5 mg/L作用5~10 min可達消毒目的。

  ◎臭氧水消毒滅菌是急速的,消毒作用在瞬間發生。清水中臭氧濃度一旦達到,在0.5~1分鐘內就殺死細菌,在濃度達4mg/L,在1分鐘內乙肝病毒滅活率為100%。

  ◎Herbold報道:20℃條件下,水中臭氧濃度達0.43mg/L時,可將大腸桿菌100%殺滅,10℃時僅需0.36 mg/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,即可滿足殺菌保質要求。合理的臭氧投放量為3~5mg/L。

  ◎瓶裝水處理應達0.3~0.5mg/L的臭氧溶解度值,要求投加臭氧應滿足 1m3水3g O3的發生量。根據實踐經驗,臭氧發生濃度高于8mg/L時容易達到濃度。

  發現

  1840年德國C.F.舍拜恩在電解稀硫酸時 ,發現有一種特殊臭味的氣體釋出,因此將它命名為臭氧 。1785年,德國人在使用電機時,發現在電機放電時產生一種異味。1840年法國科學家克里斯蒂安·弗雷德日將它確定為臭氧。

  性質功效

  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色氣體。分子結構呈三角形,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2.07 eV,僅次于氟(2.5eV),其氧化能力高于氯(1.36eV)和二氧化氯(1.5eV),能破壞分解細菌的細胞壁,很快地擴散透進細胞內,氧化分解細菌內部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶等,也可以直接與細菌、病毒發生作用,破壞細胞、核糖核酸(RNA),分解脫氧核糖核酸(DNA)、RNA、蛋白質、脂質類和多糖等大分子聚合物,使細菌的代謝和繁殖過程遭到破壞。細菌被臭氧殺死是由細胞膜的斷裂所致,這一過程被稱為細胞消散,是由于細胞質在水中被粉碎引起的,在消散的條件下細胞不可能再生。應當指出,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生的,在水中臭氧濃度0.3 - 2 mg/L時,0.5 - 1min內就可以致死細菌。達到相同滅菌效果(如使大腸桿菌殺滅率達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 - 0.45 mg/L時,2 min就會失去活性。

  ②孢囊 在臭氧濃度為0.3 mg/L下作用2.4 min就被完全除掉。

  ③孢子 由于孢衣的保護,它比生長態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(如螨蟲)在3 min后被殺滅。

  ⑥可以迅速殺滅空氣中的大腸桿菌,金葡萄球菌,白色念珠菌等病菌。

  ⑦可以分解空氣中的臭味,煙味,濃香水味。

  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。

  應當注意,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卻不容易和臭氧作用。

  生產制備

  臭氧的產生方式主要有:電暈法、電解法、紫外線法、核輻射法、等離子體法等等。食品、醫院及制藥等企業已經投入應用的臭氧發生技術主要有電暈放電法和電解法。

  通常都借助無聲放電作用從氧氣或空氣制備臭氧,臭氧發生器即根據這一原理制造。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。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。

  工業上,用干燥的空氣或氧氣,采用5 ~ 25 kV的交流電壓進行無聲放電制取。另外,在低溫下電解稀硫酸,或將液體氧氣加熱都可制得臭氧。

  用過氧化鋇與濃硫酸制臭氧:

  電暈高壓放電法

  電暈放電法產出臭氧的原理是兩個平行的高壓電極之間平行放置一個介電體(通常采用硬質玻璃或陶瓷作介電體也有用不銹鋼),并保持一定的放電間隙,當在兩極間通入高壓交流電時,在放電間隙,形成均勻的藍紫色電暈放電,空氣或氧氣通過放電間隙,氧分子受到電子的激發獲得能量,并相互方式彈性碰撞,聚合成臭氧分子。

  電解法

  低壓電解法產出臭氧的原理是采用低壓直流導通固態膜電極的正負兩極點解去離子水,水在特殊的陽極溶液界面上以質子交換的形式被分離為氫氧分子,氫從陰極溶液界面上直接被排放,氧分子在陽極界面上因高密度電流產生的電子激發而獲得能量,并聚合成臭氧。電氧化法就是采樣低壓電解法。

  低壓電解法臭氧發生器是以純水為原料,是以固態的貴金屬聚合物為電解質,結合陽離子交換模式,通過低壓電解的方式獲得臭氧,不需要任何輔助材料和添加劑,產出的臭氧濃度高達20%以上,產出的臭氧氣體伴隨物為氧,沒有任何二次污染。這是目前世界上生產臭氧濃度最高的方法。

  電解法制出的臭氧具有濃度高、成分純凈、在水中溶解度高的優勢,在醫療、食品加工與養殖業及家庭方面具有廣泛的開發價值。但與電暈放電法相比,電解法制臭氧量小,能耗大;而電暈放電法雖產量高、規模大,但氣體需干燥,產出的臭氧濃度很低,電極易損壞,也存在諸多不足。因此開發電解法與電暈放電法的優勢應用領域是當前需要解決的技術問題。

  應用機理

  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胞中的多種成分產生反應,從而產生不可逆轉的變化而死亡。一般認為,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。而殺滅細菌、霉菌類微生物則是臭氧首先作用于細胞膜,使膜構成成分受損失,導致新陳代謝障礙并抑制其生長,臭氧繼續滲透破壞膜內組織,使其死亡。濕度增加可提高殺滅率,是由于在濕度下細胞膜膨脹變薄,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或有機物質氧化,除掉其臭味。臭味的主要成分是胺類物質、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。有色物質中的發色基團有: 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,首先經過鏈的引發,進而引進羥基,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的穩定的沉淀物。應用臭氧、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。

  應用現狀

  水處理

  1、在工業污水、生活污水及醫院污水上的應用

  工業上幾乎都用電暈放電法來制取臭氧,這樣生產出來的臭氧適用于初步處理含烷基苯磺酸鈉、焦油、COD、BOD、污泥、氨氮等污染物的污水,還適用于處理含Fe2+、Mn2+、氰、酚、親水性染料、細菌等污水。 由于水資源愈來愈緊張,工業及城市生活污水處理后經常回用,這就需要提高污水的處理標準。利用臭氧對水進行深度處理,可除掉水中各種雜質,從而達到回用標準。

  臭氧處理醫院污水可消毒滅菌。若采用臭氧處理醫院污水,可截斷傳染源,免除后顧之憂。并且臭氧在幾分鐘之內可以將病毒全部殺死,比當量氯氣快200~3000倍。

  城市污水處理系統工程也已經開始使用大型臭氧發生器進行殺菌消毒除味脫色處理。

  2、在循環冷卻水和鍋爐給水中的應用

  在循環冷卻水中,需對水進行深度處理,臭氧可以除去形成污垢的雜質,防止阻塞管道。當然,要達到此目的必須先將氨除盡,否則其還原性會分解殘余臭氧,不利于保持臭氧的氧化效率,通常殘余臭氧保持在0.5mg/L左右為宜。

  目前只有美國將臭氧應用在循環冷卻水的處理,其他國家包括中國均尚處于試驗階段。

  3、臭氧在飲用水上的應用

  采用臭氧消毒滅菌不存在任何對人體有害的殘留物(如用氯消毒有致癌的鹵化有機物產生),對提高飲用水的消毒質量問題非常有效。

  地表水中含有各種有機、無機以及各種細菌、病毒。地表水用臭氧進行深度處理后,基本上可以達到優質飲用水標準。有實驗表明水中臭氧濃度在0.4ppm時, 只需一分鐘就可以將細菌和病毒全部殺死,它殺病毒比殺菌的速度更快。 經過臭氧深度處理的飲用水的質量很高,可以防止微生物在管道內生長,保護了人體的健康。若是只用紫外消毒殺菌,只能透過一定厚度的水層,消毒殺菌不徹底,而用臭氧就能徹底解決問題。臭氧若是結合紫外對飲用水消毒殺菌,效果比單獨用任何一種方法更好,還能節省能耗。

  利用臭氧對自來水直接消毒則要簡單得多,所需臭氧濃度也小得多。不過,臭氧極易分解,在它們的終端都還需要加少許余氯,以防止細菌在配水管網內的再度滋生。

  4、其他水處理

  應用臭氧消毒游泳池水在國外十分普遍。經臭氧消毒后,游泳池池水清澈透明,徹底解決了氯消毒刺激眼睛、皮膚的問題。我國有部分經濟發達地區也采用臭氧消毒游泳池水,效果較好。

  給小區分質供水,必須使用臭氧消毒滅菌,只有這樣才能保證飲用水時刻處于無菌富氧狀態。

  臭氧分解后能產生氧氣,既可改善食用水生生物的生存質量,又能對其生存場所殺菌消毒。不過臭氧濃度應避免高于0.1mg/L,因為它有害于水生生物。

  醫療保健

  目前,國際上在醫療方面臭氧已有多種用途:如病房、手術室的空氣消毒,利用臭氧水進行醫用器械消毒,采用臭氧進行牙科疾病治療(口腔手術及保持口腔無菌), 采用臭氧與放射理療結合治療癌癥,喝臭氧水治療婦女病,注射臭氧氣體治療瘺痔、靜脈曲張等。在保健方面, 日本、臺灣流行吸強氣(含低濃度臭氧的空氣)以強身,用臭氧水淋浴身體殺體菌和美容。現在流行的高科技美容,其中就有應用臭氧進行美容。

  早在20世紀初期臭氧已成功用于貧血、糖尿病等的治療過程中。到80年代,國外普遍在臨床上作為輔助愈合物。此外臭氧能夠優化組織的氧化基因,因此臭氧具有治療和保健的雙重功能。不過,醫療上要求高純度和高濃度臭氧。

  由于臭氧可以減少或去除血液中血紅細胞的結團,增強對氧的吸收,提高動脈壓,降低血液粘性,促進血液循環, 故對預防和治療心血管疾病有一定的療效。臭氧還能促進局部和周身血液循環,若采用臭氧浴,對風濕、類風濕有顯著的療效。如果經常進行臭氧浴,還能增強機體的免疫力,預防皮膚病。 臨床經驗證明,臭氧對皮膚關節腫脹、皮膚潰瘍癥、神經性皮炎、脂溢性皮炎、手足癬、濕疹等皮膚病,白癜風、骨折等疾病有顯著療效。

  食品加工保鮮

  臭氧在食品行業的應用更為普及。1904年歐洲就利用臭氧對牛奶、肉制品、奶酪、蛋白等食品進行保鮮處理;三十年代末,美國80%的冷藏蛋庫都安裝了臭氧發生器;二戰后,歐美、日等國在食品果品、蔬菜保鮮中將臭氧運用到儲存、制造、運輸等各個環節。現在我國部分食品工業廠家已經開始使用臭氧機對生產線及產品進行高效快速消毒殺菌保鮮處理,同時對生產車間進行嚴格的空氣消毒。

  農業領域

  臭氧是一種無色略帶臭味的氣體,溶于水后就會成為一種強氧化劑,對活細胞有較強的殺滅作用。通過臭氧發生器可將空氣中的氧氣在高壓、高頻電的電離作用下轉化為臭氧,進而在生產中加以利用。筆者利用臭氧發生器在西安周邊溫室大棚開展了施放臭氧防治溫室大棚蔬菜病蟲的試驗示范,取得了較好的效果。

  一、臭氧防治病蟲的優點 1、安全高效成本低。臭氧可實現一施多用,同時防治多種病蟲,而且防治費用低。與噴施農藥相比,施放臭氧更為方便、高效、安全,可大大減少農藥的使用量,避免菜農施用高毒、高殘留農藥,從而降低用藥成本。  2、無公害。臭氧在干燥的空氣中不穩定,可很快分解還原為氧氣,因此在植株內及果實中無污染、無殘留,是實現無公害蔬菜生產的一條重要途徑。  3、提質增產。經試驗,溫室番茄使用臭氧后畸形果明顯減少,產量增加20%左右,且果實個大、著色好、口感好。

  二、使用方法 1、種子處理。將臭氧氣體導入清水中并不斷攪拌,10分鐘后即制得臭氧溶液。將種子倒入其中浸泡15-20分鐘,可殺滅種子表面的病毒、病菌及蟲卵。  2、溫室大棚病蟲防治  ①熏棚消毒。定植前10天可結合高溫悶棚利用臭氧發生器將臭氧集中施放于棚內,施放時間以不少于2小時為宜。②防治苗床病蟲。先將苗床封嚴,每10平方米每次施放1分鐘,并密閉熏蒸10分鐘,然后再通風30分鐘。③設施蔬菜定植后的病蟲防治。定植緩苗后,每畝棚室持續施放臭氧7-10分鐘,再密閉熏蒸15-20分鐘,然后通風30分鐘。無病蟲的棚室每5-7天施放1次,連續施用5次,每經2-3次施放時間再增加5分鐘,直到每畝每次增至25分鐘。熏蒸時間也同樣每經2-3次增加5-10分鐘。經試驗證明,臭氧對番茄灰霉病、葉霉病、早疫病、晚疫病,黃瓜霜霉病、疫病等以及溫室白粉虱、潛葉蠅、蚜蟲等病蟲防治效果較好。但對棚室土壤中的病蟲,由于臭氧氣體滲入土中的量太少,濃度也太低,故沒有作用。

  三、注意事項 1、合理確定施放量及熏蒸時間。臭氧施放量及閉棚熏蒸時間要根據不同作物及其生長時期進行適當的調整。一般成株期的作物與苗期作物相比,對臭氧的適應性更強。生產中如果臭氧施放量過大或棚室熏蒸時間過長,輕者會導致大棚蔬菜葉片及花中毒干枯,重者會引起植株死亡。隨著植株生長,施放量與熏蒸時間可逐漸增加,以達到既可防治病蟲又不傷害蔬菜作物的目的。釋放時應盡量保證均勻,且噴氣口不能直接對著蔬菜,應該距蔬菜植株0.8-1米以上。熏蒸時間到達后應及時通風,一般通風時間不能少于30分鐘。  2、溫度和濕度調控。臭氧施放時棚室內溫度應保持在10-30℃范圍內,在空氣濕度較大的情況下防治效果會更好。  3、棚室熏蒸時嚴防人畜進入,以免引起中毒或出現其他不良反應。?

  臭氧解除農藥殘留的基本原理

  臭氧是一種強氧化劑,農藥是一種有機化合物,臭氧消毒水通過強氧化破壞有機農藥的化學鍵,使其失去藥性,同時殺滅表面的各種細菌和病毒,達到解毒目的。

  食堂果蔬餐具消毒機是利用臭氧的特性與性能而開發研制的一種食堂專用設備,此設備能快速殺菌、消毒除臭而且在短時間內產生高濃度臭氧水,保證食堂飯菜食用安全。此類設備一般采用臭氧殺菌燈或臭氧機實現。

  1.可有效降解大米、蔬菜、瓜果中的農藥殘留,延長保存期。

  2.用于餐具消毒、空氣消毒、冰柜及貯藏室消毒,除異味、防霉,可有效地殺滅細菌、病毒,預防疾病的傳播。

  臭氧是氧的同素異構體,為強氧化劑;其降低農藥,去除細菌效果是氯氣的1.5倍,其殺菌速度比氯氣快600—3000倍。臭氧在室溫下自然衰變為氧氣,衰變期為15分鐘到25分鐘。臭氧在水中則迅速轉化為“生態氧”,而且沒有殘留問題。臭氧是高效、快速的除藥殺菌劑。它可以迅速地在短時間內使農藥殘留物化解,使細菌、病毒迅速被消滅。

  臭氧不僅具有消毒、滅菌、除臭、脫色等作用,而且還有改變植物呼吸狀態,激活植物細胞,解毒,

  分化有機不純物質等等許多有益于人類和環保“正向化”作用。臭氧通過水介質能有效地降低和殲滅在膳食物中的農藥、化肥和生物激素殘毒及各種病菌、病源菌,降低污染對人類的危害。

  1)用臭氧機產生的臭氣水浸泡蔬菜、水果,可由表及里的殺滅細菌、病毒,降解化肥、農藥殘留,激活植物細胞,使您吃到天然滋味、營養豐富的果蔬,吃起來更放心,其農藥殘留可去除95%以上,營養不流失,保鮮時間長。

  2)用臭氧機產生的臭氧水浸泡肉雞、生肉、凍魚、凍蝦,可殺滅屠宰、運輸過程中攜帶的有害病菌,降解飼養過程中吸收的生物激素、抗生素、荷爾蒙等對人體有害的物質,還可去除腥味,讓您吃上放心的雞、魚、肉、蛋,味道更加鮮美。

  3)用臭氧機產生的臭氧水可漂白衣物表面的臟污及染劑的顏色,并可殺菌及分解雜質,減少水源污染,不會有化學洗滌劑殘留而刺激皮膚,又有預防皮膚病和香港腳等效果。

  4)將米用水淘凈,可降解農藥化肥殘留,再用凈化水煮飯。煮出的米飯香醇可口,富有營養。(不要使用鋁制品容器)

  由于臭氧最終將還原于氧氣和水,不留任何殘余物質,因而對環境無任何污染。

  5(臭氧以其強氧化性、殺菌性、易分解性和無殘留的特性,使它在去除農藥殘留、殺菌消毒、防腐保鮮等方面有廣闊的應用前景。

  無菌藥品生產環境的空氣潔凈級別要求:為了達到上述要求,我們應選擇什么樣的凈化滅菌工藝呢?當前有四種滅菌方法。其中臭氧滅菌是其中的一項重要方法。但無論用什么樣的消毒方法,都要達到上述規定,臭氧滅菌也不例外。臭氧作為一種取代傳統消毒方法的消毒手段,人們對它的要求更嚴而且更為省事易行,否則,就難以立足。

  其他方面

  臭氧還可用于垃圾壓縮站消毒解除異味、旅游景點的滅菌、除去公廁異味和病毒等方面。臭氧作為一種強氧化劑、催化劑、精制劑在化工、石油、造紙、紡織、制藥及香料等方面的應用尚剛剛起步,應大力開發臭氧技術,利用臭氧合成提純高級香料,進行表面改性,提高產品質量,減少傳統工藝造成的環境污染。

  消毒優點

  1.優于化學消毒方法:臭氧作為高效廣譜無殘留污染的氣體消毒劑比食品行業常用的消毒劑具有特殊的優越性。與過氧乙酸、高錳酸鉀、甲醛(福爾馬林)、二氧化硫等化學消毒劑相比,其殺菌能力與過氧乙酸相當,高于其他消毒劑。

  臭氧會自行分解為氧氣,不產生殘留污染,消毒后不需通風換氣。常規消毒均需通風換氣或化學中和,麻煩而又降低消毒效果。臭氧可直接對食品使用作殺菌或防霉保鮮,為干法消毒,簡單易行。臭氧殺菌濃度對食品是極微弱的氧化濃度,對食品無害。

  2.優于紫外線照射

  (1) 臭氧到處滲透,沒有死角。紫外線只有照射到物體表面且達到一定的照射強度標準才有殺菌效果。食品車間一般比較高大,致使紫外線照射強度遠遠不夠,特別是距離遠,照射產生很大死角,如加工案板下部等。臭氧為氣體,滲透性強,擴散性好,濃度均勻,沒有死角。

  (2) 殺菌速度快。紫外線照射殺菌需要較長的作用時間,一般要照射6小時以上,而符合標準濃度的臭氧只需開機1小時以上。

  (3) 高濕度下殺菌效果更好。紫外線照射殺菌在環境相對濕度達到60%以上時,消毒效果急劇下降,濕度達到80%以上時反可誘使細菌復活。臭氧則相反,濕度越高,殺菌效果越好。這是由于高濕度下細胞膜膨脹變薄,其組織容易被臭氧破壞,這一特性對于食品行業中普遍存在的高濕環境特別適合。

  (4) 有低濃度保潔功能。紫外線照射時生產人員必須離開現場,照射完成后無法用低功率的紫外線照射保潔;臭氧消毒時生產人員必須離開現場,消毒完成后可以調低臭氧發生量,用符合國家衛生標準的低濃度臭氧繼續保持生產車間的空氣清潔。

  3.除臭凈化效果極好

  臭氧依靠其強氧化性能可快速分解產生臭味及其其它氣味的有機或無機物質后達到脫臭效果,將臭味根源物質分解成無害物質。例如:將氨氧化成二氧化碳和水。

  主要由原料氣(壓縮空氣或者氧氣)供應系統、臭氧發生器主機、臭氧輸送系統、臭氧發生器冷卻系統等部分組成。

  濃度 空氣源臭氧濃度可以達到3% ~ 6% wt,氧氣源可以達到6% ~ 14% wt。

  濃度檢測儀

  檢測原理

  我們知道地球大氣層上有一層臭氧層,科學家們已經發現臭氧層能吸收紫外線,研究表明臭氧僅對波長253.7nm的紫外線具有最大吸收系數,在此波長下紫外線通過臭氧會產生衰減,符合蘭波特——比爾定律。該方法已被美國等國家作為臭氧標準分析方法。

  該臭氧檢測儀就是采用紫外線吸收法的原理,用穩定的紫外燈光源產生紫外線,用光波過濾器過濾掉其它波長紫外光,只允許波長253.7nm通過。經過樣品光電傳感器,再經過臭氧吸收池后,到達采樣光電傳感器。通過樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號比較,再經過數學模型的計算,就能得出臭氧濃度大小。

  電路原理

  基本電路由電源部分、紫外燈控制、紫外光線樣品檢測、紫外光線采樣檢測,對數放大器Log100、模擬輸出及顯示六大部分組成。

  基本結構

  檢測儀主要由低壓紫外燈,光波過濾器、入射紫外光反射器、臭氧吸收池、樣品光電傳感器、采樣光電傳感器、輸出顯示、電路部件構成。

  主要技術指標

  可顯示單位:O3g/m3,mg/m3;ppm

  測量范圍:0~10 O3 g/m , 0~100 O3 g/m , 0~200 O3 g/m

  臭氧污染

  這些臭氧是從哪里來冒出來的呢?同鉛污染、硫化物等一樣,它也是源于人類活動,汽車、燃料、石化等是臭氧的重要污染源。在車水馬龍的街上行走,常常看到空氣略帶淺棕色,又有一股辛辣刺激的氣味,這就是通常所稱的光化學煙霧。臭氧就是光化學煙霧的主要成分,它不是直接被排放的,而是轉化而成的,比如汽車排放的氮氧化物,只要在陽光輻射及適合的氣象條件下就可以生成臭氧。隨著汽車和工業排放的增加,地面臭氧污染在歐洲、北美、日本以及我國的許多城市中成為普遍現象。根據專家至今所掌握的資料估計,到2005年,近地面大氣臭氧層將成為影響我國華北地區空氣質量的主要污染物。

  研究表明,空氣中臭氧濃度引起人員一定反應的濃度為0.5-1ppm,時間長了會感到口干等不適, 濃度在1-4ppm會引起人員咳嗽。原因就在于,作為強氧化劑,臭氧幾乎能與任何生物組織反應。當臭氧被吸入呼吸道時,就會與呼吸道中的細胞、流體和組織很快反應,導致肺功能減弱和組織損傷。對那些患有氣喘病、肺氣腫和慢性支氣管炎的人來說,臭氧的危害更為明顯。

  益處與危害

  對人類的危害

  低濃度的臭氧可消毒。一般森林地區臭氧濃度即可達到0.1ppm, 但超標的臭氧則是個無形殺手!

  在夏季,由于工業和汽車廢氣的影響,尤其在大城市周圍和農林地區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。地表臭氧也對農作物或森林有害。

  ▲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。

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

  ▲ 臭氧會造成人的神經中毒,頭暈頭痛、視力下降、記憶力衰退、呼吸短促、疲倦、鼻子出血;

  ▲ 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、 出現黑斑;

  ▲ 臭氧還會破壞人體的免疫機能,誘發淋巴細胞染色體病變,加速衰老, 致使孕婦生畸形兒;

  因此,臭氧和有機廢氣所造成的危害必須引起人們的高度重視。

  對人類的益處

  紫外線從多方面影響著人類健康。人體會發生如曬斑、眼病、免疫系統變化、光變反應和皮膚病(包括皮膚癌)等。皮膚癌是一種頑固的疾病,紫外線的增長會使患這種病的危險性增大。紫外線光子有足夠的能量去破裂雙鍵。中短波紫外線會透人皮膚深處,使人的皮膚產生炎癥,人體的遺傳物質DNA(脫氧核糖核酸)受到損害,使正常生長的細胞蛻變成癌細胞并繼續生長成整塊的皮膚癌。也有說太陽光滲透進皮膚的表層。紫外線輻射轟擊著皮膚細胞核內的DNA基本單位,使許多單位溶化成失去作用的碎片。這些毛病的修復過程可能會出現不正常,從而導致癌變。流行病學已證實廠非黑瘤皮膚癌的發病率與日曬緊密相關。各種類型皮膚的人都有患非黑瘤皮膚癌的可能,但在淺色皮膚人群中發病率較高。動物實驗發現,紫外線中,紫外線B波長區是致癌作用最強的波長區域。

  據估計,總臭氧量減少1%(即紫外線B增強2%),基礎細胞癌變率將增加約4%。研究發現,紫外線B可使免疫系統功能發生變化。有的實驗結果表明,傳染性皮膚病可能也與由臭氧減少而導致的紫外線B增強有關。據估計總臭氧量減少1%,皮膚癌的發病率將增加5%-7%,白內障患者將增加0.2%—0.6%。自1983年以來,加拿大皮膚癌的發病率己增加235%,1991年皮膚病患者已多達4.7萬人。美國環保局局長說,美國在今后50年內死于皮膚癌者,將比過去預計的增加20萬人。澳大利亞人喜歡曬日光浴,把皮膚曬得黑黑的。盡管科學家反復告誡多曬太陽會導致皮膚癌、他們對黑膚色還是樂此不疲。結果,直到澳大利亞人皮膚癌的發病率比世界上其他地方高出1倍時,才醒悟過來。全世界患皮膚癌的人已占癌癥患者總人數的1/3。

  聯合國環境規劃署曾警告說,如果地球的臭氧層會繼續按照這樣速度減少并變薄,那么到2000年時全世界患皮膚癌的比例將增加26%,達到30萬人。如果下個世紀初臭氧層再減少10%,那么全世界每年患白內障的人有可能達到160萬-175萬人。

  受紫外線侵害還可能會誘發麻疹、水痘、瘧病、疤疹、真菌病、結核病、麻風病、淋巴癌。

  紫外線的增加還會引起海洋浮游生物及蝦、蟹幼體、貝類的大量死亡,造成某些生物滅絕。紫外線照射結果還會使成群的兔子患上近視眼,成千上萬只羊雙目失明。

  削弱光合作用

  根據非洲海岸地區的實驗推測,在增強的紫外線B照射下,浮游生物的光合作用被削弱約5%。增強的紫外線B還可通過消滅水中微生物而導致淡水生態系統發生變化,并因而減弱了水體的自凈化作用。增強的紫外線B還可殺死幼魚、小蝦和蟹。如果南極海洋中原有的浮游生物極度下降,則海洋生物從整體上會發生很大變化。但是,有的浮游生物對紫外線很敏感,有的則不敏感。紫外線對不同生物的DNA的破壞程度有100倍的差別。

  嚴重阻礙各種農作物和樹木的正常生長 有些植物如花生和小麥,對紫外線B有較好的抵御能力,而另一些植物如萵苣、西紅柿、大豆和棉花,則是很敏感的。美國馬里蘭大學農業生物技術中心的特倫莫拉用太陽燈對6個大豆品種進行了觀察實驗,結果顯示其中3個大豆品種對紫外線輻射極為敏感。具體表現為,大豆葉片光合作用強度下降,造成減產,同時也使大豆種于蛋白質和油脂含量下降。大氣臭氧層損失1%,大豆也將減產1%。

  特倫莫拉還用了4年時間,對高劑量紫外輻射給樹木生長造成的影響進行了觀察。結果表明,木材積累量明顯下降,它們的根部生長也因而受阻。

  對全球氣候的不良擾亂作用 平流層上層臭氧的大量減少以及與此有關的平流層下層和對流層上層臭氧量的增長,可能會對全球氣候起不良的擾亂作用。臭氧的縱向重分布可能使低空大氣變暖,并加劇由二氧化碳量增加導致的溫室效應。

  光化學大氣污染過量的紫外線使塑料等高分子材料容易老化和分解,結果又帶來新的污染——光化學大氣污染。

  臭氧分子結構:中心有個3中心4電子的π鍵,4個電子被3個氧原子共用,另外兩黑線邊是正常共價鍵,臭氧分子是不對稱的所以是極性的。

  但要注意:臭氧和二氧化碳雖然電子式類似,但分子結構不同。臭氧是折線形,二氧化碳是直線形。對此的解釋要用到大學的無機化學知識。

  美國航空航天局的科學家們發現,在地球南極洲上空的巨大臭氧空洞在9月份發生了明顯變化,從原先的旋渦狀變成了兩頭大、中間小的“變形蟲”形狀。

  雖然這兩年,臭氧空洞面積看上去在縮小,但科學家警告說,就斷言臭氧層在“修復還原”還為時尚早。航空航天局的臭氧專家包羅-紐曼介紹,大氣層的溫度不斷上升造成了空洞的縮小。在2000年,南極洲的臭氧空洞面積曾經一度達到2800萬平方公里,相當于3個美國大陸的面積;在2002年9月初,航空航天局的科學家們估算,空洞縮小到2054萬平方公里。

  澳大利亞一個臭氧層研究小組曾向全世界報告了一條好消息:由于環保措施這些年來得到有效地執行,南極洲上空的臭氧空洞正在不斷縮小,預計到2050年之前,這個“臭名昭著”的巨大空洞就可以完全被“填補”上了。

  據報道,南極洲上空的臭氧空洞一直是困擾全世界環保人士的難題之一。最嚴重的時候,臭氧空洞的面積曾一度有3個澳大利亞那么大。科學家們研究發現,“吞噬”臭氧的罪魁禍首原來是大氣層中的氯氟烴——一種含有氯、氟、碳三種元素的有機化合物(俗稱“氟里昂”)。

  為了防止臭氧空洞進一步加劇,保護生態環境和人類健康,1990年各國制定了《蒙特利爾議定書》,對氯氟烴的排放量規定了嚴格的限制。如今,這些年來環保組織的不懈努力終于獲得了回報:臭氧又回來了!澳大利亞英聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)的大氣研究專家保羅·弗雷舍激動地說:“這是一條重大新聞。我們期待這一天已經很久了!”他說,雖然影響臭氧空洞縮小進度的因素還有很多,比如溫室效應、氣候變化等等,“但我們在將各種因素綜合起來考慮之后,得出了這一結論:南極洲上空的臭氧空洞不出50年便會完全消失”。

  據悉,從50年代起,隨著電冰箱和空調(氯氟烴的主要生產源)的大量普及,大氣層中的氯氟烴含量逐年遞增,到2000年達到峰值。后來,由于新型無氟冰箱的誕生,氯氟烴含量才開始明顯下降。

  地球的保護傘

  起著保護人類和其他生物的作用,臭氧是由氧分子在太陽紫外線輻射和閃電作用下,部分分解的氧原子與氧分子結合而成的。1913年法國物理學家法布里發現,在低層(20千米高度以下)大氣由于缺少氧原子,生成臭氧的機會就少;在20到27千米的高度時,由于太陽輻射增強,氧分子在紫外線輻射作用下發生分解,使氧原子增加,導致氧原子和氧分子結合而成臭氧的機會增多,使這一層形成臭氧含量最大值,即臭氧層。

  臭氧層能吸收大部分波長短的射線(如吸收波長短于0.29微米的紫外線),使大氣溫度升高,并使地球上的生物免受過多紫外線傷害,因此被稱為“地球上生物的保護傘”。但氯氣和氟化物促使臭氧分解為氧 ,破壞了臭氧保護層,成為人類關注的重要環境問題之一。

 
標簽: 臭氧
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