廣州生物潔凈室臭氧污染的研究工程

廣州生物潔凈室臭氧污染的研究工程
 　　　　 
 近年來，臭氧技術(shù)已在醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生、食品、飼養(yǎng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、食品儲藏保鮮、化工生產(chǎn)、大氣凈化、污水處理和飲用水殺菌消毒等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，取得了顯著效果。臭氧因其強(qiáng)氧化能力，可以破壞微生物的細(xì)胞壁，進(jìn)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?yōu)檠鯕猓?，殺菌效果好等多個優(yōu)點(diǎn)，因此在醫(yī)院潔凈室和食品、制藥等有潔凈要求的廠房內(nèi)，利用高濃度的臭氧進(jìn)行殺毒已經(jīng)相當(dāng)普遍；然而另一方面臭氧也是一種室內(nèi)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(jù)醫(yī)學(xué)研究表明臭氧是導(dǎo) 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(xiàn)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(nèi)臭氧的濃度是否可以降到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jié)束后的臭氧濃度進(jìn)行了檢測和分析。 
2 預(yù)測模型的建立 
理論上，利用質(zhì)量平衡方程和一階衰減模型（the first-order decay model），得到臭氧產(chǎn)生和衰減的模型如公式（1），公式（1）通常用來預(yù)測室內(nèi)臭氧從產(chǎn)生到衰減整個過程中任意時刻的臭氧濃度： 

公式（1）進(jìn)行求解得公式（2），即室內(nèi)臭氧濃度隨時間變化的濃度值： 
（2） 
生物潔凈室臭氧污染的研究工程其中： 
C: 潔凈室室內(nèi)臭氧濃度，mg/m3; 
C0: 潔凈室室內(nèi)臭氧的背景濃度，mg/m3; 
S: 臭氧的發(fā)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(shù)，1/h; 

由于臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，具有強(qiáng)氧化性，它和很多物質(zhì)都發(fā)生反應(yīng)，因此Kd 包括的因素較多，主要包括臭氧的自然衰減系數(shù)，臭氧與潔凈室內(nèi)墻壁的反應(yīng)系數(shù)，在臭氧的輸送過程中，臭氧與空調(diào)系統(tǒng)各部件（過濾器，送、回風(fēng)管道，機(jī)組表面）的反應(yīng)系數(shù)等；通常情況下Kd的值是通過在臭氧發(fā)生器打開時，濃度上升時的數(shù)據(jù)進(jìn)一步回歸得到的。 

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

（3）生物潔凈室臭氧污染的研究工程其中： 

C0: 臭氧發(fā)生器關(guān)閉后，室內(nèi)臭氧的初始濃度，mg/m3; 

3 測試方法和測試過程 

1 空調(diào)系統(tǒng) 
　　空調(diào)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)注射器灌裝、配制等區(qū)域的萬級的潔凈區(qū)。整個系統(tǒng)的送風(fēng)量為19876m3/h（新風(fēng)量為33%），回風(fēng)量為12722m3/h，排風(fēng)量為4620 m3/h，被消毒潔凈區(qū)的總體積為563 m3；被測試潔凈室的送風(fēng)量為2811m3/h，回風(fēng)量為969 m3/h，換氣次數(shù)為54.9 1/h，體積為51.5 m3。 
　　首先，開啟臭氧發(fā)生器，使被消毒的潔凈室室內(nèi)的臭氧濃度升高，當(dāng)臭氧濃度達(dá)到穩(wěn)定時，關(guān)閉臭氧發(fā)成器，打開通風(fēng)系統(tǒng)，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(nèi)的衰減情況。 
2 臭氧的產(chǎn)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(fā)生器產(chǎn)生的。臭氧發(fā)生器安裝的具體位置通常有三種：安裝在空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)道中；安裝在空調(diào)系統(tǒng)的回風(fēng)道中；安裝在空調(diào)機(jī)組內(nèi)。該制藥公司消毒系統(tǒng)的臭氧發(fā)生器安裝在空調(diào)機(jī)組內(nèi)，具體的位置如圖1 所示。所選臭氧發(fā)生器是一臺康爾公司生產(chǎn)的內(nèi)置式臭氧發(fā)生器（型號KCF-G60），發(fā)生量為60±6g/h。由于臭氧本身的衰減和室內(nèi)的溫度、濕度有密切關(guān)系，因此在打開臭氧發(fā)生器之前，要相應(yīng)的關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)的加濕，加熱段。為了使臭氧在空調(diào)系統(tǒng)中形成內(nèi)循環(huán)，應(yīng)關(guān)閉新風(fēng)和排風(fēng)，開機(jī)1～2小時后，關(guān)閉臭氧發(fā)生器；打開通風(fēng)系統(tǒng)，以保證臭氧濃度可以在規(guī)定時間內(nèi)降到標(biāo)準(zhǔn)允許值。 
3 采樣點(diǎn)位置 
　　室內(nèi)臭氧濃度采樣點(diǎn)的具體位置如圖2所示，位置位于空調(diào)系統(tǒng)中的一間污染物有嚴(yán)格要求的潔凈室內(nèi)，該潔凈室的尺寸為2.2×9.0×2.6m3，共有4個送風(fēng)口，一個回風(fēng)口，一個排風(fēng)口，兩扇向內(nèi)開啟的門（在測試期間關(guān)閉）；采樣點(diǎn)的高度1.5m。 

4 生物潔凈室臭氧污染的研究工程-臭氧濃度的檢測和記錄 
　　臭氧濃度的檢測采用ZX-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，精度為二級，前面顯示器顯示數(shù)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(biāo)準(zhǔn)溫度是25±1℃；相對濕度范圍0~95%。臭氧濃度的記錄是通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，由相應(yīng)的程序每6秒記錄一次，計(jì)算機(jī)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(diào)系統(tǒng)的外部，而向被測潔凈室內(nèi)通入一根采樣管，通過采樣管和儀器的進(jìn)氣口相連，用來測試和記錄潔凈室內(nèi)任意時刻的臭氧濃度。 
4 測試結(jié)果討論與分析 
　　當(dāng)室內(nèi)臭氧的含量達(dá)到穩(wěn)定值時，關(guān)閉臭氧發(fā)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(fēng)系統(tǒng)，通入的新風(fēng)的臭氧濃度為0.014ppm（0.028 mg/m3）。通過對濃度上升時的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，得到臭氧在本空調(diào)系統(tǒng)中的衰減系數(shù)Kd的值為0.126 1/h，再利用一階模型和公式（3）可預(yù)測室內(nèi)臭氧隨時間衰減的濃度，因此潔凈室在臭氧消毒后，臭氧進(jìn)入衰減期濃度的預(yù)測值和實(shí)測值關(guān)系。
　　國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T18883-2002）規(guī)定的室內(nèi)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(yù)測值，需要經(jīng)過大約25分鐘的衰減，室內(nèi)可達(dá)到允許值；而實(shí)際測試的結(jié)果是，在打開通風(fēng)系統(tǒng)13.5分鐘后，室內(nèi)臭氧濃度便降到了0.075ppm。廠家建議經(jīng)過30分鐘后可進(jìn)入室內(nèi)，由圖3可以看出該預(yù)定時間內(nèi)，臭氧的濃度可以降到規(guī)定的允許值，可以達(dá)到對人員的勞動保護(hù)要求。 
　　實(shí)測濃度曲線和通過模型的預(yù)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(nèi)衰減的濃度研究。實(shí)測曲線和預(yù)測曲線之間的差異，更說明了臭氧在室內(nèi)的衰減是一個很復(fù)雜的過程，比如臭氧的衰減和室內(nèi)的臭氧濃度有很大關(guān)系，同時室內(nèi)的可與臭氧反應(yīng)的有機(jī)成分也影響衰減系數(shù)Kd，Kd值是通過數(shù)學(xué)回歸得到的，也具有一定的誤差。因此，在處理臭氧這種很活潑的物質(zhì)時，應(yīng)考慮全面并完善一階衰減模型。  
 
*：
凈化工程—http://www.iwuchen.com/
風(fēng)淋室—http://www.fenglinji.com/
高效空氣過濾器—http://www.songfengkou.com/