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应用领域

APPLICATIONS

臭氧消毒杀菌

臭氧消毒灭菌有它许多独特的优点:

较高的扩散性:臭氧为气体,扩散性好,无死角,浓度分布均匀。

杀菌能力强:臭氧杀菌能力与过氧乙酸相当,高于其它消毒剂。

广谱性:适合多种致病微生物,对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌及甲乙型肝炎病毒、真菌等多种微生物均有很好的杀灭作用。

原料易得:臭氧制备是利用我们周围的大气制取,不需储藏设施,节省原料储储所需的占地面积。

环保性:臭氧能快速分解成氧气和单原子氧,单原子氧又可自身结合成氧分子,故没有二次污染的问题。被公认为是绿色消毒剂。

“臭氧(O3)的消毒原理是:臭氧在常温、常压下分子结构不稳定,很快自行分解成氧气(O2)和单个氧原子(O);后者具有很强的活性,对细菌有极强的氧化作用,臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的酶,从而破坏其细胞膜,将它杀死,多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧原子(O2),不存在任何有毒残留物,故称无污染消毒剂,它不但对各种细菌(包括肝炎病毒,大肠杆菌,绿浓杆菌及杂菌等)有极强的杀灭能力,而且对杀死霉素也很有效。”另外在我国卫生部1991年颁布的“消毒技术规范”中。对臭氧的杀菌作用,使用范围及使用方法都有明确的规定。其中对臭氧的杀菌作用作了明确的肯定:“臭氧是一种广谱杀菌剂,可杀灭细菌霉体和芽胞,病毒、真菌等,可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧在水中的杀菌速度比氯快。”

一 臭氧在药品生产中应用范围

尽管在我国的GMP验证中早已推荐了臭氧灭菌方法,但臭氧在药品生产中的应用是在近二年才开始热起来。用得比较成功的有以下几个方面:

1.1 容器的消毒灭菌

在药品生产中,坛坛罐罐用得很多,分别用管道阀门,仪表连接起来,组成一个生产单元。对它的消毒,传统方法中比较好的是用酒精浸泡。反应罐,贮存罐小的一吨半吨,大的十吨几十吨,都要灌满酒精,酒精用量之多可想而知。消毒完毕后,再将酒精放掉,但在转弯抹角处,仪表阀门的接头处,还会有酒精的残留,去除这些残留酒精,要用氮气吹,直到吹干为止。酒精用量多,消毒时间长,操作过程复杂。用高压蒸汽也存在同样的问题,都很费力。现在用臭氧消毒技术来代替,相对来说要省事得多。具体方法是:将高浓度的臭氧直接打入管道容器,保持臭氧尾气有一定的浓度,就可以达到消毒灭菌的要求。因为是对管道容器进行内表层的消毒,所以臭氧浓度用的高一点,我们的设计浓度大于50ppm。用臭氧对管道容器做消毒灭菌的优点非常明显,臭氧发生器可以流动使用,对不同的罐进行消毒,每个生产单元在每次换料前,都可以及时得到消毒,使用效率很高,很方便,不要用那么多的酒精,不要用氮气,也不要用高压蒸汽。所以在制药厂就能够得到推广。

1.2 中央空调净化系统对洁净区的消毒灭菌

在制药厂,一般来说,洁净区面积较大,多用中央空调净化系统完成对各洁净区的净化消毒。传统的消毒方法是用甲醛熏蒸,如上所述,甲醛熏蒸的弊病不少,用臭氧消毒来代替是一个好方法。其方法是将臭氧发生器直接放在空调净化系统的风道中,称为内置臭氧发生器。臭氧随着风道的气流,送入各洁净区,对洁净区进行消毒灭菌,剩余臭氧吸入回风口,由中央空调带走。也可以将臭氧发生器放在中央空调风口的外面,将臭氧打入中央空调的风道中,然后被送入各洁净室,称为外置式臭氧发生器。外置式臭氧发生器安装检修方便,但制造成本要高一点。两种方法消毒效果都是一样的。按照卫生部消毒规范的要求,对空气消毒的臭氧浓度是5ppm,但事实上,洁净区的消毒不仅是对空气的消毒,实际上还包括了对物体表面的消毒,所以,我们设计的浓度为10ppm。每天上班前开机二小时,下班时关机,就可以保证一天内洁净区的浮游菌和沉降菌达到GMP的要求。据检测报告,应用臭氧发生器,各洁净区在40分钟内,臭氧浓度均达到10ppm以上,菌检全部合格。而且每天都合格,完全替代了令人头痛的甲醛熏蒸大消毒。同时,使非生产作业减少,能耗减少,取得了满意的效果。

1.3 空间的消毒灭菌

对于中央空调净化系统以外的洁净室,或需要灭菌的其他房间则需单独进行灭菌处理。方法是选用臭氧发生器,直接安装在该房间内。根据需要设定消毒时间,消毒结束便自动关机,所以使用非常方便。对于有洁净度要求的房间,机内装有过滤器,使臭氧发生器具有自洁功能。臭氧浓度按10-20ppm设计。按房间空间体积的大小选型使用。只要满足臭氧浓度的要求,就可以达到消毒灭菌的目的。比用化学试剂对房间的熏蒸要省事得多。

1.4 物品的表面消毒灭菌

在药品生产过程中,常常要对原材料,工器具,包装物等进行表面消毒,常常使用消毒柜,传递窗等。传统的方法是用紫外线消毒。问题主要是在消毒不彻底,所以,若使用在诸如传递窗等要求不高的场合是可以的。但远不如臭氧的效果好。能用臭氧发生器做成的消毒柜在制药厂是深受欢迎的。只要不怕臭氧腐蚀的东西都可以放在柜内进行消毒。臭氧浓度可以设计的高一点。可以取得100ppm以上。

1.5 水的消毒灭菌

在制药厂用水的地方较多,有医药用水,消毒用水,清洗用水及饮用水等区别。根据不同的水质要求,采用不同的工艺流程,消毒工艺则用一般的臭氧水处理方法即可达到满意的效果。

二 臭氧在食品行业的应用

1 臭氧应用概况

臭氧用于饮用水处理和化学氧化已有百多年历史,在食品方面应用时间则短些。文献介绍,臭氧用于延长食品贮藏期是从1909年在法国Cologne的冷冻厂开始的,当时用于冷藏肉表面杀菌。以后在欧洲的一些大型冷冻厂应用臭氧于肉类、水果、鸡蛋的贮藏和酿酒工业。由于臭氧发生器与配套仪器设备的技术进步,以及加强了对臭氧应用与控制技术的研究,促进了臭氧用于食品贮藏技术的发展。许多欧洲国家把臭氧应用于船舶的食品冷藏仓,杀灭细菌、莓菌,去除异味,以保存运载的干酪、鸡蛋、肉类、家禽和水果,保证了远洋运输过程中的的食品质量。目前,包括我国制造的船舶在内,大部分船舶的食品冷藏仓、船员伙食仓都有臭氧发生器用于船舱消毒和对食品杀菌防霉。

现在,臭氧应用正向食品加工、销售领域扩展。国外已有肉联厂在分割肉车间使用臭氧杀菌、除味,保持了商品的鲜度,空气也变得清新。 

我国在食品行业应用臭氧的时间较短,进入九十年代,一大批单位开始生产称为“冷阴极”管网式俗称臭氧灯的微型、小型臭氧发生器。由于产量些不耐高温及灯管生产工艺落后致使产生臭氧能力衰减很快等原因在食品行业应用遇到困难,而主要在医院和消毒柜、消毒碗柜方面应用。

自1986年开始,全国数十家大中型鸡蛋贮藏单位作臭氧空库消毒、贮藏防霉保鲜,产生发良好的效果,取得了巨大的经济效益和社会效益,原商业部科技司验收通过了这项臭氧应用技术成果。在蔬菜水果贮藏防霉保鲜、食品生产车间消毒与气体除味净化等方面应用,数百家企业也取得了良好效果,解决了一部分食品出口企业微生物难以控制的难题,使臭氧应用技术得到推广普及。 

最近,为了加强矿泉水、纯水质量管理,即将实施新的矿泉水标准。作为杀菌净化,提高--臭氧消毒,得到地矿部、卫生部等部门及专家的推荐。一批矿泉水、纯水生产厂家应用臭氧取得了明显的应用效果。

2 食品行业应用

2.1  冷库消毒

冷库的生物污染源主要地霉菌,因其在低温条件下存活,对消毒剂有较强的耐受力。甘肃商业科研所和兰州大学合作对兰州地区冷库的青毒菌作消毒剂筛选,在甲醛、过氧乙酸、苍尔子油和臭氧消毒效果对比中优选出臭氧。在臭氧122ppm作用下3~4小时,包括低抗力极强的未萌动孢子皆被杀死。厂家实际应用效果也证明了臭氧在冷库消毒中的优良效果。 我国贮藏蛋果蔬的高温冷库对空库消毒比较重视。冷库消毒要求臭氧浓度6-10ppm,停机后封库24小时以上,细菌杀灭率90%左右,霉菌杀灭率80%左右。这时杀菌过程长一些,现场测定停机48小时后微生物数量还在不断下降,而臭氧早已分解完。因此,要求臭氧消毒时间在进货前一周安排。冷库除味应用臭氧效果极好,短时即可奏效。用臭氧去除鱼类变质臭味,一小时即完成。成都一家冷库用臭氧去除鱼库的腥臭味后贮藏冰淇淋,质量很好,其它化学消毒剂的味道会污染冰淇淋。 

冷库消毒应使用产量较大的臭氧设备,否则难以达到要求的浓度,可按10g/100m3选择。2.2 食品加工车间杀菌净化

速冻食品、冷冻食品、肉蛋奶制品加工车间与包装间,都有比较高的卫生要求,特别是生鲜食品由于最终没有加热消毒工序,生产车间的微生物污染是影响产品质量的极重要因素。目前我国大都采用紫外灯消毒,由于前述紫外法杀菌天然的缺点,食品微生物指标很难控制,在夏季尤其严重。都采用紫外灯消毒,,由于前述杀菌天然的缺点,食品微生物指标很难控制,在夏季尤其严重。臭氧用于食品加工车间效果很好,浓度也比冷库消毒要求低得多,一般0.5~1.0ppm即可达到80%以上的空气杀菌率,并可去除车间异味。蛋口加工厂生产蛋黄酱、冷冻厂生产冰淇淋、雪糕,都有搅拌、膨化工序,产品与空气强烈接触,使用臭氧后车间微生物降低90%,产品质量达到合格标准,而一旦停止使用臭氧,产品中细菌会计师逐日快速增加。 

车间工具、包装物杀菌要求臭氧浓度高一些,应达到5~6PPm。1994年9月,天津一分割、包装煮鸭车间(约法三章50m3)用3g/h臭氧发生器消毒2小时后,经区卫生防疫站检测,结果如下:

 空气细菌总数

消毒前:冷却间105个/立方米 包装间1325个/立方米

消毒后:冷却间26个/立方米 包装间0个/立方米

食品操作间内消毒后物品表面细菌情况:

①  工作台、菜刀、菜板:无菌落生长,无大肠菌。

②  门把、地面、手套、真空机、成品箱、细菌总数均小于1个/平方厘米,无大肠菌。 结论:臭氧消毒后空气细菌指标很好,达标合格;物品表面细菌指标达标合格。 食品厂1300立方米速冻食品加工间,装有30W紫外灯48盏,后改装3克/小时臭氧发生器两台,每天开机1小时,细菌杀灭率达到91.3%,1991年度节支消毒管理费用13321.44元。 

加工肠衣、皮革、海产品等气味污染严重的车间使用臭氧除味也很有效、实用,是很好的劳动保护手段。 

食品加工间杀菌净化的一个重要问题,是确定发生器的开机时间,原则是使上班时加工间内细菌数处于最低水平。一般是下班后开机,如上班前能开机更好。要留有停机臭氧分解时间,待上班时嗅不到新鲜的臭氧气味即可。 

要求更高的无菌操作室可以在闭路空气循环中进行杀菌而又使工作人员不接触臭氧,该项应用技术已成熟。 

目前北京、天津、山东等地一批食品出口企业使用“开式”发生器在食品加工间应用,提高了产品合格率,取得了良好的经济、社会效益。

2.3  蔬菜水果贮藏防霉保鲜

蔬菜水果贮藏保鲜是一项复杂困难的工作,臭氧可在杀菌防霉与减缓新陈代谢两个方面发挥作用,同包装、冷藏、气调等手段一起配合提高保鲜效果。

臭氧杀菌防霉分三个阶段应用:空库消毒、入库杀菌和日常防霉,目的是减少霉菌、酵母菌等微生物造成腐烂。臭氧快速分解乙烯以实现减缓新陈代谢过程,推迟后熟和老化。

蔬菜水果的包装码放在有利于臭氧接触、扩散,纸箱侧面的孔要捅开,不要码成大垛。气调库与气调大帐要用管道送入臭氧,自然气调塑料袋包装有硅窗的臭氧可以渗入,全塑袋可在换气前后应用臭氧。 

蒜苔是目前贮量最大、差价增值很大的蔬菜,臭氧应用相对成熟一些,一批国营和个体贮户取得了防止霉变腐烂的经验。空库消毒特别是旧库、地下库消毒要高度重视,臭氧消毒效果只要达到浓度要求即可保证。 

入库预冷杀菌由于冷风机一直开动难以建立起臭氧浓度。这是应该将臭氧发生器放在库内距冷风机最远端,此时产生的臭氧借助冷风机抽风空气流动而与蒜苔表面接触,起到部分杀菌作用。在装袋前可一直开臭氧,由于贮量大、空气流动,不会达到2.5ppm的伤害浓度。 日常防霉对于气调库与气调大帐要在调节补充空气时同时通入臭氧,这时应选用有压力、臭氧浓度适中的臭氧源。清华大学研制的XFZ-D5型发生器即满足这种要求,可通过管路输入臭氧。小包装袋可通过硅窗或开袋换气前后开臭氧杀菌净化空气,去除蒜味。此时注意应将发生器放在开袋区域以增强杀菌净化效果。 

实际应用证明,臭氧可强烈抑制蒜苔苔苞腐烂扩展,如有霉料发生,可使其直接暴露在臭氧下杀菌制其扩展。苹果、梨及葡萄等水果应用臭氧效果很好,间断应用浓度不超过2.0ppm没有任何伤害。臭氧防霉保鲜的蔬菜水果出库后一段时间仍保持保鲜作用。

2.4 矿泉水杀菌保质

饮用水杀菌净化是臭氧应用历史最长、应用规模最大的一个领域。目前世界臭氧产业的主要市场仍是饮水处理,在欧美、日本等发达国家臭氧化处理饮用水已占主导地位。原因在于臭氧处理可达到无微生物污染、无残余化学污染的高水平。 

矿泉水已是大量消费的瓶装饮料,其保质期取决于微生物的彻底杀灭。常用的超滤加紫外消毒的方法难以达到质量标准,臭氧杀菌成为首选方法,即可以完全杀灭活微生物,达到双零指标,又可去除水中铁锰可溶性盐类而保存有益的碳氧化合物。

矿泉水臭氧溶解度在0.4~0.5mg/l时即可满足杀菌保质要求,合理的设计为臭氧投加量1.5~2.0g/m3。臭氧在水中的溶解度随温度降低、压力提高而提高。在实际生产条件下,保证臭氧气体浓度在10mg/l。臭氧与水接触时间5~10分钟,气---水混合接触良好的情况下即可达到要求。目前一些厂家用50克~100克/小时臭氧发生器处理矿泉水(产水量10立方米/小时以下)是不负责任的。首先作为源不质量很好的矿泉水无需那么多臭氧,(只有污水由于严重的化学、生物污染才会吸收消耗大量臭氧)多余大量臭氧作为尾气排放反而增加尾气处理装置的容量的负担。其次,容易对矿泉水造成过氧化而产生有益微量元素成分损失。 矿泉水灌装间安装臭氧设备对空气杀菌净化,防止落下菌污染对没有空气过滤净化设备的厂家是非常有益的。采用臭氧化工艺的矿泉水厂经常利用臭氧对贮水罐(池)、管道、过滤器消毒也是非常有益的,在国外的资料里作为经验推荐。

2.5  生产用水杀菌净化

      食品生产需要大量洁净水,在生产成本中是一项较大开支。目前食品生产厂家有两种需求:一是水源不合格,如用海水代替淡水加工水产品或自采水存在污染;另一个是加工用水回用或处长使用时间。臭氧处理是完全可以满足这些需求的。

 提高了出口产品质量,现已通过IS—9002认证。经运行成本分析,臭氧处理海水总成本低于工业自来水成本。加工蔬菜或禽类最后清洗用水会随时间处长而污染,经常换新水负担不起。利用臭氧处理有两种方案:循环处理或在池内处理均可达到要求。由于水处理臭氧系统投资相对较高,一些企业不愿接受,其实按设备寿命计算水成本并不高,产品质量提高则是最大的效益。

2.6  工作服消毒

     食品加工、冷饮、生化制药等部门一些工序对工作服消毒要求很高。工作服消毒经常采用高压消毒法,这在食品行业是难以做到的。食品厂家多用紫外线照射消毒工作服,因紫外线法的照射消毒效果很差。利用臭氧对工业服消毒,是高效、经济、简便的方法。卫生部北京生物制品所利用臭氧对工作服进行了消毒试验,在封闭房间内将衣服用衣架挂起,温度15~20℃,湿度调整到RH80%~90%。臭氧浓度达到20PPM后停机封闭40分钟后细菌总数杀灭率90%~95%。这个试验一个月内反复进行四次,结果重复性很高。 

食品行业如每天下班后消毒工作服,在20m2封闭房间内挂上几十件工作服,在地上洒些水。如利用20g/h臭氧发生器开机30~40分钟即可达到8~10PPM臭氧浓度取得杀灭率85%以上的消毒效果。把工作服挂在臭氧杀菌车间也有消毒作用,效果因浓度较低而差一些。

3 臭氧发生器的选用

      臭氧由于易分解不能像氧气那样生产后储存在钢瓶内备用,只能边产生边使用。产生臭氧的设备即为臭氧发生器,目前应用的发生器多是利用交变高压电场产生电晕放电使空气的部分氧气分解、聚合为臭氧的。 

根据多年的实践经验,间断使用臭氧,食品加工车间按500m3空间选用一台10-15g/h产量臭氧发生器。

作水处理应用应选择标准型发生器,由于水—气接触时间短,要求臭氧浓度达到10mg/l以上。因此标准型发生器要有空气干燥处理系统,结构复杂。矿泉水、饮用水、食品加工用水均可按1m3水投加2.0~2.5g臭氧设计,按每小时处理水量选择发生器规格即可。 

由于臭氧比空气重,开式发生器臭氧出口应选在高处,使臭氧自上而下扩散浓度比较均匀。一个车间装多台发生器时,应注意布置使臭氧浓度均匀,同时离门远一点。

4 人们关心的几个问题

      臭氧作为杀菌消毒剂当然不能对人直接使用,隔绝人使用是一项原则。多年理论研究与实践证明,臭氧对人的影响在消毒剂中比较小的。我国卫生部制定的《工定卫生标准》中规定臭氧安全标准0.15ppm,美国和国际臭氧协会的标准是0.1ppm下工作8~10小时。在这些浓度下任何人都会感觉到臭氧的特异性臭味,有人会有轻微口干的感觉。研究确定的一个无症状刺激区,它是按照臭氧浓度与时间乘积关系划定的一条曲线。简述如下:0.5~1PPM接触1.5小时,口干不适;1~2PPM接触1小时,咳嗽,不疲乏;2~4PPM接触45分钟,引起强烈咳嗽。这些刺激当离开臭氧区回到自然环境下,即很快消失不留症状。也发现极少数人对臭氧敏感,反应强烈。车间消毒按排在上班前下班后,贮藏库开机时间与查库、出货时间错开,人们既使嗅到点臭氧由于时间很短也没有任何损害。应用臭氧一百年来,世界上未发生一次臭氧中毒事件。

4.1  对食品的影响

      臭氧杀菌PPM级,作用于食品表面只产生极微弱的氧化作用,不足以影响食品内在物质变化。由于臭氧仍易分解,空气中半衰期20~50分钟,在食品表面也不产生残留。我国食品营养部门曾对臭氧贮藏的鸡蛋、苹果、柿椒的营养成分进行分析,并与对照组比较,没有明显差别。

4.2  对设备的影响

      虽然臭氧是强臭氧剂,但由于在空气中应用浓度与对表面氧化要求相比还是很低的,不足以造成明显损害。实践证明,应用多年的加工车间、冷库,均未发现设备、装置受损明显的情况,橡胶制品除处。由于水处理应用臭氧浓度高,接触臭氧部分的材料应具有防氧化能力。