臭氧性质

文章来源：奥诺臭氧 编辑：奥诺臭氧

一、物理性质
在 常温常压下，较低浓度的臭氧是无色气体，当浓度达到 15%时，呈现出淡蓝色。臭氧可溶于水，在常温常压下臭氧在水中的溶解度比氧高约13倍，比空气高25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时，臭氧可迅速分解为氧，在纯水中分解较慢。臭氧的密度是2.14g/L(0°C,0.1MP)，沸点是-111°C，熔点是-192°C。臭氧分子结构是不稳定的，它在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧的主要物理性质列于表1-1，臭氧在不同温度下的水中溶解度列于表1-2。臭氧虽然在水中的溶解度比氧大10倍，但是在实用上它的溶解度甚小，因为他遵守亨利定律，其溶解度与体系中的分压和总压成比例。臭氧在空气中的含量极低，故分压也极低，那就会迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出，使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态。
二、化学性质
1. 臭氧很不稳定，在常温下即可分解为氧气。臭氧、氯和二氧化氢的氧化势（还原电位）分别是2.07、1.36、1.28伏特，可见臭氧在处理水中是氧化力量最强的一种。臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂。使臭氧分子结合在有机分子的双键上，生成臭氧化物。臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性基的两性离子，后者是不稳定的，可分解成酸和醛。其反应式为：
2O3 →3O2 ＋ 285kJ （ 1-2 ）
由于分解时放出大量热量，故当其含量在 25 ％以上时，很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过 10 ％，在臭氧用于饮用水处理的较长历史过程中，还没有一例氧爆炸的事例。
含量为 1 ％以下的臭氧，在常温常压的空气中分解半衰期为 16h 左右。随着温度的升高，分解速度加快，温度超过 100℃ 时，分解非常剧烈，达到 270℃ 高温时，可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 时，其半衰期为 5 ～ 30min ，但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是 20min （ 20℃ ），然而在二次蒸馏水中，经过 85min 后臭氧分解只有 10 ％，若水温接近 0℃ 时，臭氧会变得更加稳定。
2. 臭氧的氧化能力
臭氧得氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于 F 2 ，在其应用中主要用这一特性。
3. 臭氧的氧化反应
a 、与无机物的氧化反应
臭氧与亚铁、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均发生反应
b 、臭氧与有机物的反应
臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂，
⑴ 臭氧与烯烃类化合物的反应 臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反应，反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。
⑵ 臭氧和芳香族化合物的反应 臭氧和芳香族化合物的反应较慢，在系列苯＜萘＜菲＜嵌二萘＜蒽中，其反应速度常数逐渐增大。
⑶ 对核蛋白（氨基酸）系、有机氨也都发生反应
臭氧在下列混合物的氧化顺序为
链烯烃＞胺＞酚＞多环芳香烃＞醇＞醛＞链烷烃
c 、臭氧的毒性和腐蚀性
臭氧属于有害气体，浓度为 6.25×10mol/L(0.3mg/m3 ) 时，对眼、鼻、喉有刺激的感觉；浓度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ～ 30mg/m3 ) 时，出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症 ; 臭氧浓度为 3.125×10 -4 ～ 1.25×10 -3 mol/L(15 ～ 60mg/m 3 ) 时 , 则对人体有危害。其毒性还和接触时间有关，例如长期接触 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧会引起永久性心脏障碍，但接触 20ppm 以下的臭氧不超过 2h ，对人体无永久性危害。因此，臭氧浓度的允许值定为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很浓，浓度为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 时，人们就感觉到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的历史，至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道。
臭氧具有很强的氧化性，除了金和铂外，臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化，但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点，生产上常使用含 25 ％ Cr 的铬铁合金（不锈钢）来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。
臭氧对非金属材料也有了强烈的腐蚀作用，即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等，在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备中，不能用普通橡胶作密封材料，必须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。
臭氧的运用标准
空间、器具、容具消毒、保鲜、除臭净化空气中使用臭氧参考浓度（1ppm=2.14mg／m）

用途
    
种类
    
浓度ppm
    
每m每小时臭氧量mg/H
    
使用方法
消毒
    
医用器具
    
20
    
50-100
    
20ppm消毒时间60min（国标YY0215.2-95）
冷库
    
6-10
    
15-25
    
根据库容和污染程度连续开机，主要杀灭霉菌
    
 
食品车间
    
1.0-1.5
    
2.5-3.5
    
每天班后开机送O3气体
    
 
病房、手术室
    
2.5-5
    
5.5-15
    
需要消毒时开机，按标准检查细菌总数
    
 
工作服消毒
    
10-20
    
25-50
    
相对湿度90%左右，衣服用衣架挂起
    
 
防毒保鲜
    
一般场所
    
1-2
    
2.5-5
    
定期开机
鸡蛋
    
2-2.5
    
5-5.5
    
 
间断供给O3气体，每天开机２－３次
    
 
香蕉
    
2.5-3.5
    
5.5-8
    
 
    
 
苹果
    
2.0
    
5
    
 
    
 
叶绿素少的蔬菜
    
1.5-1
    
3.5-2.5
    
 
    
 
鱼、干酪
    
0.5-1
    
1.5-2.5
    
 
    
 
除臭净化
    
停尸房
    
3
    
7
    
有臭味即开机除臭
鱼类加工厂
    
3
    
7
    
 
污染气体进入处理管道，在管道内投入O3气体氧化除臭。如车间内异味严重，应在车间进风口投加O3气体，以嗅不到O3气体为宜。
    
 
屠宰车间
    
2-3
    
5-7
    
 
    
 
脂肪酸类工厂
    
10
    
25
    
 
    
 
橡胶厂
    
3-10
    
7-25
    
 
    
 
垃圾废物处理
    
10
    
25
    
 
    
 
污水处理厂
    
1-2
    
2.5-5
    
 
    
 
摘自：化学工业出版社,2003.3《臭氧技术及应用》

1.
    
我国卫生部1979年制定的《工业卫生标准》中规定，臭氧的安全标准为0.15ppm。
2.
    
美国标准规定，人员可在0.1ppm浓度下工作8小时。（一般森林地区臭氧浓度即可达到0.1ppm）
3.
    
国际臭氧协会规定，应用臭氧的专业室内，在0.1ppm浓度下，允许工作10小时。
4.
    
引起人员一定反应的浓度为0.5-1ppm，允许接触的时间是1.5小时，时间长了会感到口干等不适。
5.
    
浓度在1-4ppm会引起人员咳嗽，允许接触时间为1小时。
6.
    
浓度在4-10ppm会引起强烈咳嗽，允许接触时间为20分钟。
7.
    
臭氧的半衰期为20-50分钟，且最终的分解物为氧气，所以对食品不会有残留污染。
8.
    
实践证明，应用臭氧消毒防霉多年，没有发现设备、装置材料受损的情况。
目前在世界范围内，纯净水、天然水（山泉水、矿泉水、地下水等经过过滤等工序制成），已普遍采用臭氧消毒。在自来水臭氧净化应用时，国际常规标准为0.4mg/L的容解度保持4分钟，即CT值为1.6。下表为参考值。

别指标类
    
分质供水
    
纯净水
    
天然水
    
自来水
    
游泳池水
水中臭氧浓度
    
0.1-0.3mg/L
    
0.2-0.4mg/L
    
0.4-0.6mg/L
    
0.4mg/L
    
0.2mg/L
臭氧添加量
    
1-2g/T
    
2-3g/T
    
3-5g/T
    
3-5g/T
    
1-2g/T
参考资料
1、卫生部《消毒技术规范》，1991;12
2、技术监督局，卫生部，《消毒与灭菌效果的评价方法和标准》GB15981-1995
3、国家医药管理局推行GMP、GSP委员会《药品生产验证指南》.1994;4
4、化学工业出版社,2003.3《臭氧技术及应用》
5、李汉忠.《洁净消毒剂—臭氧》.1996;6
6、解放军第二军医大薛广波.《实用消毒学》人民出版社1996;648-472
7、南京军区后勤部军事医学研究所史江等《消毒与灭菌》1989（3）:143
8、白希尧等《臭氧及其应用研究》
9、HACCP中国——《HACCP实用指南》、《食品生产企业HACCP体系实施指南》、《食品生产企业HACCP体系咨询与审核》
如何选用臭氧发生器的气源
臭氧的应用主要以发生量来确定，分为气态下消毒和液态下消毒两大类。臭氧发生量和使用量一般按照发生量的额定发生量乘以时间来确定，但在不同的用途和不同的场所应计出衰减量而后确定。臭氧发生器在使用中，气源的配置直接影响臭氧的发生浓度、产量和纯度，气源一般分为普通气源、干燥空气源、富氧气源和工业氧气气源四种，以上气源的配置 ，在发生装置相同的情况，浓度和产量依次递增。按照应用常识，一般不应配置普通气源，因为这会影响发生装置的连接使用寿命并导致发生量不稳定。因此，常用的气源按用途大体可分为下列几种：
1）干燥气源——空间消毒、自来水处理、游泳池水、养殖水、生产循环水、中水回用等
2） 富氧气源——臭氧浓度需求较高的使用场所，如纯净水、矿泉水、污水处理、医药食品车间等
3） 工业氧气源——纯度要求较高、浓度需求较重要、小气量应用场所等
3. 用于大型空间的消毒应用，如医药、食品等行业车间的杀菌消毒，一般应安装专门管路分通到车间内，使臭氧分布均匀，也有的通入中央空调风道管路，但这种方式有时会造成空调风道金属件的腐蚀和臭氧消耗。
4. 用于水处理，则主要配置臭氧溶于水的投加装置，一般分为曝气式（直接曝气或氧化塔式）、文丘里射流器式、涡轮负吸式或尼可尼泵混合式样等几种，以上其溶于水效率可依次提高，尼可尼泵式效率可达95%以上。
1）曝气式：自来水、养殖水、生产循环水、生活污水、工业废水等
2）文丘里射流式：二次供水、纯净水、矿泉水、养殖水冷却、游泳池水等
3）负吸式：小水体应用
4）气液混合泵式：小水体应用或臭氧消毒水应用
补充：
家庭空气消毒：将臭氧发生装置移植于空调中，在空气出口处安装臭氧催化分解、吸附装置，这样既可以制冷制热，还可以利用室内循环风对空气进行消毒、净化，分解后的氧气和负离子可以使室内空气保持清新。另外，空气消毒用臭氧发生器也可在宾馆、饭店、商场、剧院等公共空间使用。
制药行业的GMP验证空气消毒：洁净生产区的中央空调净化系统、臭氧灭菌柜、其他没有中央空调系统的生产用空间灭菌，我国相当一批制药企业就是使用臭氧作为主要的消毒和空气灭菌手段，臭氧作为空气消毒的主要手段为这些企业的GMP验证作出了重要的贡献。
医院空气消毒：医院病房、门诊手术室、治疗室等，日本使用臭氧作为空气消毒的医院就有札幌自卫队医院、名古屋保健生大学等28所医院，使用臭氧技术处理食品、卫生保健的单位和医院达53家之多，台湾使用臭氧的有荣民总医院等51家，国内的有北京医院、北京佑安医院等。
军用空气消毒：西方国家已经研制出军用臭氧空气消毒产品，，如在太空舱、潜水艇、坦克及其其他军用车船的舱体安装臭氧发生装置，净化空间环境，消毒杀菌。此类产品由蓄电池或光电池供电。

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