摘要：近年来，臭氧技术已在医学、卫生、食品、食品储藏保鲜、污水处理和饮用水杀菌消毒等行业广泛应用，取得了显著效果。高浓度臭氧消毒后，臭氧在室内的衰减便成为暖通界关注的问题之一。本文实际测试了一间臭氧消毒的制药洁净厂房，利用质量平衡模型和一阶衰减模型（the first-order decay model），理论上得到臭氧的衰减浓度曲线，再与实际测得的臭氧的衰减浓度曲线进行比较，进而分析理论计算值和实际测量值之的差异以及产生这些差异原因，得到了影响臭氧衰减浓度的相关因素。通过分析检测得到的臭氧浓度数据，消毒结束后臭氧浓度的衰减时间低于预先设定的时间值，即该洁净室臭氧衰减的设计时间符合劳动保护和人员安全的原则。
关键词：臭氧消毒 一阶衰减模型 质量平衡模型 臭氧衰减
1、引言
近年来，臭氧技术已在医学、卫生、食品、饲养业、养殖业、食品储藏保鲜、化工生产、大气净化、污水处理和饮用水杀菌消毒等行业广泛应用，取得了显著效果。臭氧因其强氧化能力，可以破坏微生物的细胞壁，进而割断其核酸，使其丧失生命力，而且采用臭氧消毒具有快速，无二次污染（衰变为氧气），杀菌效果好等多个优点，因此在医院洁净室和食品、制药等有洁净要求的厂房内，利用高浓度的臭氧进行杀毒已经相当普遍；然而另一方面臭氧也是一种室内污染气体，对人体软组织和呼吸道器官等有不同程度的伤害，据医学研究表明臭氧是导致肺气肿、慢性鼻炎、支气管炎等多种呼吸道疾病的重要原因之一。所以，在现在提倡臭氧消毒的同时，高浓度臭氧消毒后，在建议的时间内臭氧的浓度是否可以降到国家标准规定的允许值，很值得我们探讨。鉴于这个原因，我们对某制药厂房臭氧消毒结束后的臭氧浓度进行了检测和分析。
2、预测模型的建立理论上，利用质量平衡方程和一阶衰减模型（the first-order decay model）．
由于臭氧是一种强氧化剂，具有强氧化性，它和很多物质都发生反应，因此Kd 包括的因素较多，主要包括臭氧的自然衰减系数，臭氧与洁净室内墙壁的反应系数，在臭氧的输送过程中，臭氧与空调系统各部件（过滤器，送、回风管道，机组表面）的反应系数等；通常情况下Kd的值是通过在臭氧发生器打开时，浓度上升时的数据进一步回归得到的。
3、测试方法和测试过程
3.1 空调系统
空调系统主要负责注射器灌装、配制等区域的万级的洁净区。整个系统的送风量为19876m3/h（新风量为33%），回风量为12722m3/h，排风量为4620 m3/h，被消毒洁净区的总体积为563 m3；被测试洁净室的送风量为2811m3/h，回风量为969 m3/h，换气次数为54.9 1/h，体积为51.5 m3.
首先，开启臭氧发生器，使被消毒的洁净室室内的臭氧浓度升高，当臭氧浓度达到稳定时，关闭臭氧发成器，打开通风系统，使得臭氧开始被稀释和衰减，同时开始测消毒后臭氧在该洁净室内的衰减情况。
3.2 臭氧的产生
本次测试的臭氧消毒的生物洁净室所采用的高浓度臭氧，是通过臭氧发生器产生的。臭氧发生器安装的具体位置通常有三种：安装在空调系统的送风道中；安装在空调系统的回风道中；安装在空调机组内。该制药公司消毒系统的臭氧发生器安装在空调机组内。所选臭氧发生器是一台康尔公司生产的内置式臭氧发生器（型号KCF-G60），发生量为60±6g/h.由于臭氧本身的衰减和室内的温度、湿度有密切关系，因此在打开臭氧发生器之前，要相应的关闭空调系统的加湿，加热段。为了使臭氧在空调系统中形成内循环，应关闭新风和排风，开机1～2小时后，关闭臭氧发生器；打开通风系统，以保证臭氧浓度可以在规定时间内降到标准允许值。
3.3 采样点位置
位置位于空调系统中的一间污染物有严格要求的洁净室内，该洁净室的尺寸为2.2×9.0×2.6m3，共有4个送风口，一个回风口，一个排风口，两扇向内开启的门（在测试期间关闭）；采样点的高度1.5m.
3.4 臭氧浓度的检测和记录
臭氧浓度的检测采用ZX-01型紫外吸收式臭氧分析仪。该臭氧分析仪的量程0~10ppm，小可检测量0.004ppm，精度为二级，前面显示器显示数字是四位或五位，RS232接口，采样气体流速500ml/min，仪器工作温度范围15~35℃，标准温度是25±1℃；相对湿度范围0~95%.臭氧浓度的记录是通过数据线与计算机联接，由相应的程序每6秒记录一次，计算机自动记录和保存。
为了测试人员的安全，测试人员和仪器放在该空调系统的外部，而向被测洁净室内通入一根采样管，通过采样管和仪器的进气口相连，用来测试和记录洁净室内任意时刻的臭氧浓度。
4、测试结果讨论与分析
当室内臭氧的含量达到稳定值时，关闭臭氧发生器时，此时被测房间的臭氧浓度为1.537～1.545ppm（3.07mg/m3），也就是衰减时的初始浓度。打开通风系统，通入的新风的臭氧浓度为0.014ppm（0.028 mg/m3）。通过对浓度上升时的数据进行回归，得到臭氧在本空调系统中的衰减系数Kd的值为0.126 1/h，可预测室内臭氧随时间衰减的浓度，因此洁净室在臭氧消毒后。
国家标准（GB/T18883-2002）规定的室内所允许的臭氧浓度值为0.16mg/m3（0.08ppm）。通过一阶衰减模型的预测值，需要经过大约25分钟的衰减，室内可达到允许值；而实际测试的结果是，在打开通风系统13.5分钟后，室内臭氧浓度便降到了0.075ppm.厂家建议经过30分钟后可进入室内。
实测浓度曲线和通过模型的预测浓度曲线的基本相同，证明一阶衰减模型可以对用于气体在室内衰减的浓度研究。实测曲线和预测曲线之间的差异，更说明了臭氧在室内的衰减是一个很复杂的过程，比如臭氧的衰减和室内的臭氧浓度有很大关系，同时室内的可与臭氧反应的有机成分也影响衰减系数Kd，Kd值是通过数学回归得到的，也具有一定的误差。因此，在处理臭氧这种很活泼的物质时，应考虑全面并完善一阶衰减模型。
5、结论
臭氧消毒已经在许多行业被广泛采用，本文对制药厂房的臭氧消毒后的残余污染的研究，表明在臭氧消毒后存在残余污染，但如果采取较好的通风措施，可以使残余污染降到标准以下。该消毒形式消毒后的臭氧含量，在预设时间内降到了国家规定的允许值，达到了劳动保护和人员安全的要求。
但是，由于该臭氧发生器打开阶段，空调自控系统不能关闭新风和排风，所以，臭氧的浓度并没有达到预计的浓度值。如果臭氧的浓度达到了预定值，它的衰减情况如何，有待我们进一步研究，同时建议在采用臭氧消毒时，不要单独考虑其优点，应该优缺点兼顾，在消毒后可进入消毒区的时间的设定上，要充分考虑人员健康和安全。
通过对实际臭氧浓度和理论预测值的相互比较，验证了一阶衰减模型在室内污染气体残余物的研究上是适用性。本文通过对室内消毒后臭氧衰减的研究，对于研究其他室内污染气体有一定的参考价值。在今后的研究中，要对影响衰减系数的因素考虑全面。
来源:考试大-建筑工程类考试
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