臭氧濃度與作用

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：0.1ppm，接觸10小時

美國：0.1ppm，接觸8小時

德、法、日本：0.1ppm

中國：0.15ppm

★家用臭氧消毒柜外臭氧泄漏量不得超過0.2mg/m3（指1．5米以外），消毒一個周期后殘留濃度不得大于0.2mg/m3。

★動物試驗表明，臭氧毒性的起點濃度為0.3ppm，而人對空氣中臭氧可嗅知的濃度為0.02～0.04ppm，根據臭氧對肺功能毒性的試驗結果，提出1.5～2.0ppm為臭氧允許濃度的上限。衛生部規定臭氧最高允許濃度為0.2mg/m3。

[空氣應用濃度]

★作為空氣除味與殺菌，要求臭氧濃度較低，如0.5ppm（1mg/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。

★空氣應用具氧濃度在1mg/m3～10mg/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，0.5～1.0ppm即可殺滅空氣中的80%的自然菌。

★冷庫消毒要求臭氧濃度6～10ppm，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2～3ppm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0.1mg/L～10mg/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。

★自來水臭氧睜化，國際常規標準為0.4mg/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0.1～0.5mg/L作用5～10min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,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0.36mg/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1.5～2.0mg/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2gO3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。4.1臭氧的殺菌特點[12]

臭氧處理生活飲用水，其主要的目的為消毒并降低生物耗氧量（BOD）和化學耗氧量（COD），去除亞硝酸鹽、懸浮固體及脫色，已達到全面生產應用的水平。飲用水的處理在使用臭氧設備時，臭氧的投加量一般在1-3mg/L，接觸時間10-15分鐘即可，可作為選型時根據用水量計算參考。化學耗氧量（錳法）（COD－Mn），溶解性有機物（DOC），紫外消光值（SAC-254nm）。臭氧的投加量的單位為PPm=mg/L。臭氧主要功能是能氧化微生物細胞的有機物或破壞有機體鏈狀結構而導致細胞死亡。因此，臭氧對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。此外，臭氧在殺傷微生物的同時，還能氧化水中的各種有機物，去除水中的色、嗅、味和酚等能抑制微生物的繁殖起到凈化水的作用；延長CD活性炭、HD鈦棒芯、UF膜、NF膜的使用壽命。

當臭氧水中的臭氧濃度達到滅菌濃度0.3mg/L時，消毒和滅菌作用瞬間發生，水中剩余臭氧濃度達0.3mg/L時，在0.5～1分鐘內就可以100%的致死細菌，剩余臭氧濃度達到0.4mg/L時，1分鐘內對病毒的滅活率達100%[10]。

臭氧氧化其它物質和有機質，最終生成無害的氧氣、水和二氧化碳，剩余臭氧在常溫下半衰期為20～50分鐘，數小時后全部分解，還原為氧氣。因而臭氧發生器也成為所有礦泉水、純凈水生產企業必選的先進殺菌消毒設備。純氧氣經電解生成臭氧氣，經氣液混合泵混合于水箱水中,臭氧氣溶水效率達98%，增加了水中的活性氧。臭氧裝置由制氧機、臭氧發生器、氣液混合泵、儲水罐組成。供水系統為了防止純凈水的二次污染，延長純凈水的存放時間，由微電腦通過氣液混合泵自動完成臭氧氣與凈化水的混合，臭氧投加量為1-5mg/L,接觸時間為4-10min，維持臭氧氣在水中濃度0.5-1mg/L剩馀臭氧濃度。僅30秒起到最佳殺菌功效，殺菌率可達100%。臭氧殺菌不產生有害氣體物質、無污染、無殘留物，環保節能等優點；臭氧溶于水中，臭氧在水中分解時，所產生氫氧基具有強大的氧化力，可將水中的雜質如鐵、錳、臭味、細菌、病毒等迅速清除，并將水分子變小，使水的味道甘甜。且自來水中的氯或鹵代有機物也可完全消除。（詳情請參照《臭氧對水質處理之特性》專欄）。并產生負離子。臭氧在水中約20分鐘至30分鐘會分解一半，因此臭氧在水中靜止1小時后很快就會還原成氧氣。臭氧是無毒物質安全氣體，在濃度高于1.5mg/L以上時，人員須離開現場，原因是臭氧刺激人的呼吸系統，嚴重會造成傷害，為此，臭氧工業協會制定衛生標準：

國際臭氧協會：0.1mg/L，接觸10小時

美國：0.1mg/L，接觸8小時

德、法、日等國：0.1mg/L，接觸10小時

中國：0.15mg/L，接觸8小時

以上是人在臭氧化氣體環境下的安全衛生標準，其濃度與接觸時間的乘積可視為基準點。“應用臭氧一百多年來，世界沒有發生一起臭氧中毒事件”。

臭氧濃度以重量百分比表示，分別取0~2.0之間八個數值，通過接觸裝置反應五分鐘后的數據。

表1臭氧水濃度與臭氧濃度對照表為：

臭氧濃度0.20.40.60.81.01.52.0

臭氧水濃度0.350.550.750.851.151.652.15

以上結果表明，臭氧水的濃度與臭氧濃度成線性正比關系，制備高濃度的臭氧水必須先產生出高濃度的臭氧。因此，在現場使用過程中，很多單位采用了氧氣作為氣源來產生臭氧。在實驗中當臭氧濃度(重量百分比)達到3.0時，臭氧水的濃度可達到15mg/L以上。

表2國內外公認的臭氧滅菌消毒的實驗數據

臭氧消毒投放濃度投放時間病毒、病原體種類殺滅效率

10mg/m320分鐘乙型肝炎表面抗原

（HbsAg）99.99%

0.5mg/L5分鐘甲型流感病毒99%

0.13mg/L30秒脊髓灰質炎病毒I型

（PVI）100%

40μg/L20秒大腸桿菌噬菌體

ms298%

0.25mg/L1分鐘猿輪狀病毒SA-H

和人輪狀病毒2型99.60%

4mg/L3分鐘艾滋病毒

（HIV）100%

8mg/m310分鐘支原體（Mycoplasma）、

衣原體（Chlamydia）等

表1臭氧在空氣中的殺菌效果（1ppm=2mg/m3）菌種臭氧濃度(ppm)時間(min)殺菌率(%)菌種臭氧濃度(ppm)時間(min)殺菌率(%)枯草桿菌0.5599.99金黃色葡萄球菌0.30.51000.910100黑曲霉菌1.51.01003.020100酵母菌1.51.01003.540100大腸桿菌0.2199.98鼠傷寒桿菌0.211000.551000.55100乙型肝炎表面抗原HBXAg0.5566宋內氏菌0.211000.910660.551003.020100白色葡萄球菌0.211003.5401000.551004.560100表2臭氧水的殺菌效果菌種菌落數(10個/L)臭氧水濃度(mg/L)處