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生物洁净室臭氧消毒的残余污染研究

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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),得到臭氧产生和衰减的模型如公式(1)所示,公式(1)通常用丛げ馐夷诔粞醮硬剿ゼ跽龉讨腥我馐笨痰某粞跖ǘ龋?/p>

(1)

对公式(1)进行求解得公式(2),即室内臭氧浓度随时间变化的浓度值:

(2)

其中:

C: 洁净室室内臭氧浓度,mg/m3;

C0: 洁净室室内臭氧的背景浓度,mg/m3;

S: 臭氧的发生源,mg/h;

V: 被测洁净室的体积,m3;

T:时间,h;

Kd: 臭氧在测试过程中的衰减系数,1/h;

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。

对于臭氧的衰减过程室内臭氧的浓度值,也就是说关闭臭氧发生器,S=0, 则公式(2)简化为:

(3)

其中:

C0: 臭氧发生器关闭后,室内臭氧的初始浓度,mg/m3;

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,具体的位置如图1 所示。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

室内臭氧浓度采样点的具体位置如图2所示,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。

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