臭氧在消毒領域的應用

臭氧在消毒領域的應用

1、臭氧消毒的特點

臭氧消毒滅菌方法與常規消毒滅菌方法相比具有以下特點：

（1）高效性：臭氧消毒不需要其他任何輔助材料和添加劑。消毒進行時臭氧發生裝置產生一定量的臭氧，在相對密封的環境下，擴散均勻，包容性、通透性好，克服了紫外線殺菌存在的消毒死角的問題，達到全方位、快速、高效的消毒殺菌目的。另外，由于它的滅菌廣譜，既可以殺滅細菌繁殖體、芽胞、病毒、真菌和原蟲孢體等多種微生物，還可以破壞肉毒桿菌和毒素及立克次氏體等，同時還具有很強的除霉、腥、臭等異味的功能。

（2）高潔性：臭氧在環境中可自然分解為氧，這是臭氧作為消毒滅菌劑的獨特優點。臭氧利用空氣中的氧氣產生的，消毒氧化過程中，多余的氧原子（O）在30分鐘后又結合成為分子氧（O2），不存在任何殘留物質，解決了消毒劑消毒時，殘留物的二次污染問題，同時省去了消毒結束后的再次清潔。

（3）方便性：臭氧殺菌設備一般安裝在室內或中央空調系統、空氣凈化系統中，或者是滅菌設備中（如臭氧消毒滅菌柜、傳遞窗等）。可根據滅菌所需濃度及時間，自動設置臭氧滅菌設備的定時控制，操作使用方便。而甲醛、環氧乙酸熏蒸消毒時間長，而臭氧消毒可以天天定時開啟使用。

（4）經濟性：通過臭氧消毒滅菌在諸多制藥行業GMP中的應用，以及醫療衛生單位的使用及運行比較，臭氧消毒方法與其他方法相比具有很大的經濟效益和社會效益。

2、臭氧消毒的應用領域

（1）水體消毒：由于臭氧在水中的不穩定性，分解后產生氧化能力極強（比單原子氧還強）的羥基（OH）和單原子氧等，可有效的殺滅水中的各種細菌和病毒。國外把臭氧視作最為理想的水質消毒凈化劑，很多大型水廠普遍采用臭氧來處理飲用水，我國的昆明自來水公司，深水集團、上海自來水公司也陸續采用臭氧對水質進行凈化消毒。

氯劑消毒水，可以產生致癌毒物三氯甲烷，如果氯劑投加量增多，三氯甲烷的生成量也就增多，隨著人類對致癌物質毒性的研究深入，世界水質協會，世界衛生組織等已經不主張將氯劑用于飲水消毒。而臭氧用于飲水消毒有以下優點：

氧化能力強，殺菌效率高，殺菌速度快，臭氧殺滅水中微生物的效率是氯劑的600－3000倍，可以殺滅水中所有的細菌、病毒、芽胞、孢子蟲類，還能殺滅藻類等；

臭氧在水中的作用后，產物是無毒無害的氧氣，并且臭氧本身無永久的殘留性，還能增加水中溶解氧；

有去色、除臭的作用，降低水的渾濁度；

能氧化分解水中的鐵、錳、銀、鈷、懸浮顆粒、有機農藥和洗滌劑等，極大改善水質。

水處理中臭氧的投加量要根據水的理化性質、污染程度、接觸時間等設計。對于生活用水和飲用水消毒時，投加0.1－1mg/L即可，一般水體投加臭氧量0.5-1.5mg/L，接觸5－10分鐘，水中保持剩余臭氧濃度0.1-0.5mg/L。

臭氧也廣泛用于污水處理，由于臭氧的強殺菌能力，國外許多醫院采用臭氧處理污水，并取得了滿意的效果，試驗證明，當醫院排放污水中含有106—108個細菌/L時，投加臭氧濃度達10－20mg/L作用10－15分鐘，對細菌繁殖體的殺滅率達99.999％－100％，投加25－30mg/L作用15分鐘，對芽胞的殺滅率也可達99.999％以上。

臭氧用于飲用水、污水消毒的同時，還可以制成高濃度臭氧消毒水，對蔬菜、瓜果、食品用具、手和其他物品清洗、消毒。在日本，使用高濃度臭氧消毒水已經成為消毒領域的重點，特別是，在1996年夏季，病原型大腸桿菌0517爆發性感染事件中，以前使用的次氯酸鈉、乙醇、乙酸等殺菌劑，在長期的100－300ppm濃度下，致使大腸菌等革蘭氏陰性菌產生極強的抗藥菌變異，而作用機理完全不同的高濃度臭氧消毒水對此卻十分有效。而在日本的醫療衛生系統，抗青霉素金黃色葡萄球菌感染也成為嚴重的問題，使用高濃度臭氧水進行醫療人員洗手以及醫療器械消毒的解決辦法受到了重視。

日本在進行臭氧水對醫療部門相關微生物的殺菌效果試驗中，對在平時經常性接觸的，也是在醫院感染中重要的微生物作為測試樣本，如細菌：大腸桿菌IFO3301、銅綠色極毛桿菌IFO3445、金黃色葡萄球菌ATCC43300、表皮葡萄球菌IFO12993；病毒：皰疹病毒RF、腺病毒3型、科賽奇病毒B5FAULKNER、艾珂病毒7型WALLACE、流行感冒病毒PR8等，與氯劑消毒水對比，各供試菌在臭氧水濃度4mg/L作用10秒后即可全部殺死，而對照組在30秒后，仍有103mg/L以上的活菌數殘存。對于病毒，其結果由病毒半數組織培養感染量（TCID50）表示，TCID50減少103以上，可認為病毒滅活。在臭氧水4mg/L濃度作用下20秒，皰疹病毒、流行感冒病毒減少TCID50103以上，科賽奇B5病毒、艾珂7型病毒減少TCID50104以上，所以可以確認臭氧水對于醫療、制藥及食品加工領域中引起感染的細菌、病毒具有很好的殺滅作用。

在對醫護人員清洗手指附著菌去除，供試菌體為抗青霉素金黃色葡萄球菌，對比組采用消毒用乙醇，MK212。對清洗后排水鑒定殺菌效果和排水二次污染，排水中菌數，對照組104，臭氧水僅為101。證明臭氧水殺菌效果明顯，而且對外界沒有造成二次細菌污染。

根據醫療器械及醫用材料基礎性生物學試驗標準：

細胞毒性試驗，對動物固體毒性試驗即由人或動物細胞進行細胞毒性試驗，此次為小鼠成腺細胞，進行吉姆薩染色，結果反映，臭氧水無細胞毒性或微小毒性。

過敏性試驗，皮膚過敏性試驗是人在某物質反復暴露時，引起免疫反應障礙，檢查是否引起過敏癥狀。試驗采用最大值進行，臭氧水注射土撥鼠皮內，結果均無紅斑、浮腫等過敏癥狀，無過敏反應。

眼粘膜刺激性試驗，在用4mg/L臭氧水滴眼時，無刺激、結膜，虹膜，角膜均無損傷，判定無眼粘膜一次刺激性。

皮膚累積刺激試驗，對新西蘭小白鼠背部皮膚連續在14天內，使用臭氧水擦抹，試驗動物在試驗期間行為正常，毛及排泄物均無變化，皮膚無紅斑及浮腫，可以認為臭氧水連續使用時對皮膚無累積性刺激。

綜上所述，使用臭氧水消毒滅菌，是極其有效和安全的。對于一般細菌，1mg/L臭氧水已經足以殺死。而對于病毒的滅活，我們建議應使用高濃度臭氧水。

臭氧水除了對試驗中所使用的供試細菌、病毒，還可以對諸如親脂性病毒和親水性病毒（包括甲肝HAV、乙肝HBV、丙肝HCV以及艾滋病毒HIV），綠膿桿菌，熒光假單胞菌屬，軍團菌屬，產黃桿菌屬，產堿桿菌屬，阿米巴原蟲，人致病性真菌（如白色念珠菌屬）等等。

同樣，臭氧水也作為有效的治療手段，用于治療疾病。1902年J·H·Clarke的《醫療實踐手冊》中記述了臭氧水在治療貧血、糖尿病等疾病中的成功運用。1979年DR George Freibott開始使用臭氧治療艾滋病患者。到今天，在德國、法國、意大利、俄羅斯、葡萄牙等歐盟國家臭氧療法已經廣泛應用。在應用臭氧水處理產婦產后護理，燒傷病人清洗消毒方面，我國也有初步的研究。而英國皇太后在世時，之所以長壽的秘訣，一個是隨身不離的熱水袋，再有就是堅持臭氧水注射保健。

在食品生產領域，臭氧水殺菌代替傳統的消毒劑也更顯示出卓越的優勢，美國、歐盟等在公共用水和食品加工中已廣泛應用臭氧水。在蔬菜加工中，傳統的消毒滅菌方法是采用高溫殺菌工藝，不僅對蔬菜的色澤、口感、質地等造成破壞，而且還消耗大量能源。利用臭氧水作為冷殺菌技術可避免傳統工藝對蔬菜質量的破壞，提高產品附加值，同時也降低了成本。在相關試驗中，與二氧化氯對照比較，其蔬菜加工品的衛生指標達到無菌要求，殺菌效果優于二氧化氯水溶液。

在對水產品，如魚類等消毒凈化中，同樣對照氯劑消毒凈化，在儲藏時間、細菌繁殖率、味道、原生質、外表等方面，臭氧水均優于氯劑類。在采用臭氧海水處理貝類，經過處理，貝類自身潔凈速度加快，在研究的九個菌種包括大腸桿菌，假單胞菌屬綠膿桿菌和傷寒屬沙門氏菌等，總體上比采用氯劑對照組要減少1/100—1/1000。

臭氧水也可以用于制藥行業、食品加工行業的管路、生產設備及盛裝容器的浸泡和清洗，從而達到消毒滅菌的目的。采用高濃度臭氧水進行浸泡、沖洗，一是管路、設備及盛裝容器表面的細菌、病毒被大量沖淋去除；二是殘留在表面上的未被沖走的細菌、病毒被臭氧殺死，使用簡單，在醫藥生產和食品加工中不會產生死角，避免了生產中使用化學消毒劑帶來的化學毒害物質的排放和殘留污染等環境問題。

（2）空氣消毒：臭氧在空氣中可以彌漫到室內所有物品周圍和空間的每個角落，擴散性好，濃度均勻，不留死角，因此比紫外線更具有優勢，而紫外線以光輻射方式殺菌，只有在照射到的位置達到照射強度標準才能有殺菌效果，而且臭氧的溶菌性消毒機理可以有效的殺滅空氣中的各種微生物。低于安全容許濃度（0.2mg/M3）的臭氧即對一般細菌繁殖體具有良好的殺滅作用。試驗用30 mg/M3濃度臭氧，作用15分鐘，對樣本醫院病房內的自然菌的殺滅率≥92.7％，對氣溶膠中金黃色葡萄球菌，以0.12 mg/M3臭氧作用30分鐘，殺滅率達到99.9％以上，對枯草桿菌黑色變種芽胞以5.67 mg/M3濃度臭氧作用60分鐘，殺滅率≥99％。

采用氣相臭氧消毒的主要優點：臭氧的最終分解物是氧氣，無殘留，對環境無任何公害；對所消毒物品，如器皿、餐具、食品等不會有任何殘留物，而且對原有物品的理化性質影響較小；相對于其他消毒方式，如紫外線、藥劑熏蒸等，運行成本較小；適用范圍廣闊，沒有特別的限制條件。

在氣相條件中，臭氧殺滅微生物的效果，取決這幾個主要因素：臭氧閥值濃度，即當臭氧空氣濃度在達到此濃度要求時，才能具有殺滅微生物的能力；微生物種類；處理時間；臭氧分布方式；空間內的溫度和濕度條件；室內墻面、頂棚、地板及其他裝飾材料的還原性影響等。

氣相條件下，臭氧對微生物的殺滅效果是有區別的，經實驗證明，臭氧對人、動物的致病菌、病毒具有很強的溶菌性殺滅作用。

影響氣相臭氧殺菌效果的環境因素主要是溫度和濕度。一般情況下，溫度低、濕度大則殺滅效果好，尤其是濕度條件，相對濕度≤45％，臭氧對空氣中懸浮微生物幾乎沒有殺滅作用，相對濕度＞70％，殺滅效果才真正的體現出來。這是由于相對濕度提高，可以使細胞膨脹，細胞壁變薄，使之更容易受到臭氧的滲透溶解。

表三 空氣中使用臭氧參考濃度（單位：ppm）

綜合以上因素，我們在空氣消毒用臭氧發生器的使用上建議：

空氣消毒用臭氧發生器的安裝。分體或移動式放在單獨空間中，一般要放置高處，因為臭氧比重在空氣中較大，易下降，放置高處的目的主要是有利于臭氧的散播；在空間相對封閉的，如空氣自循環的無菌室，建議采用在閉路空氣循環系統中，加裝臭氧發生裝置，如組裝在空調機組、安裝在總送風道或總回風道中，在達到設定消毒時間后，使用活性炭吸附或催化劑還原進行空氣消毒滅菌，這樣既可以達到空氣消毒的目的，同時還可以使工作人員不必離開工作環境。目前該項技術在制藥行業無菌室的應用已經十分廣泛和成熟，主要工作流程如下：空壓機—制氧機—臭氧發生裝置—空調總送風管—各消毒凈化區。

空氣消毒用臭氧發生裝置的選用計算。利用臭氧消毒需要至少要達到閥值濃度，發生濃度低于閥值濃度，是達不到滅菌效果的，而濃度過高會造成運行成本增加，所以應該計算選用合適范圍的發生濃度的臭氧發生裝置。根據《消毒技術規范》和實踐應用數據，在GMP制藥車間的潔凈區，潔凈級別三十萬級取消毒需要保持臭氧濃度N＝5mg/M3，十萬級取N＝10 mg/M3，萬級取N＝30mg/M3，百級取N＝40mg/M3。臭氧總用量計算公式為：W＝NV/（1－S），式中，W－臭氧總用量（mg/M3）；S－臭氧衰減率S＝40％；V－總體積（M3）；N－潔凈區域消毒需要保持的臭氧濃度（mg/M3）。其中V＝V1＋V2＋V3，V1－潔凈區域總體積；V2－空調風道體積；V3－補充新風量造成臭氧損失的有效體積（V3＝總風量×20％常規新風更換率×10％（保持潔凈區域的正壓補充新風量）×60％＝總風量×1.2％）。

濕度適當。臭氧的滅菌效果在濕度為70-80%條件下效果最理想，在濕度低于45%時效果較差，所以一般使用中，特別是制藥車間無菌室、病房等使用應注意在環境中適當增加濕度。

臭氧濃度。濃度掌握是空氣型臭氧發生器使用的關鍵，不同的用途應有不的濃度和時間來配合。比如一般的除味、除臭等，濃度掌握一般不超過0.05ppm。如果用于室內滅菌消毒則一般掌握在0.1-1ppm；如果用于食品保鮮或物體表面消毒則一般掌握在1-5ppm的濃度。當然這些濃度指標都是與時間量相關的，指的是整個空間傳播的散播濃度，而不是局部濃度。物體表面或病房區一般需要濃度都較高。

空氣消毒型臭氧發生器選型。由于臭氧只能就地生產，目前最經濟也是技術成熟的產生臭氧的方式為電暈放電，而用于空氣消毒用臭氧發生器多是使用陶瓷片高頻放電的模式，它具有結構簡單、性能可靠、運行費用低及調節靈活等優點。

臭氧空氣消毒的安全性。臭氧安全性在廣泛的動物和人體試驗中，主要暴露途徑為吸入法，持續、長期的吸入試驗顯示臭氧不致癌（NTP，1995）；但是對動物和人體的呼吸系統有明顯的刺激作用，在暴露環境中，可影響呼吸功能。所以，我們建議，使用臭氧消毒空氣，應在無人環境下進行，在消毒完畢半小時后，人員方可進入。

臭氧空氣消毒的適用領域：

制藥行業的GMP驗證空氣消毒。潔凈生產區的中央空調凈化系統、臭氧滅菌柜、其他沒有中央空調系統的生產用空間滅菌，這是部分使用臭氧消毒的制藥企業，沈陽濟世制藥有限公司、大連珍奧藥業有限公司、上海慶安藥業有限公司、吉林敖東藥業集團延吉股份有限公司、福建興安藥業有限公司等，臭氧作為空氣消毒的主要手段為這些企業的GMP驗證作出了重要的貢獻。

醫院空氣消毒。醫院病房、門診手術室、治療室等，日本使用臭氧作為空氣消毒的醫院就有札幌自衛隊醫院、名古屋保健生大學等28所醫院，使用臭氧技術處理食品、衛生保健的單位和醫院達53家之多，臺灣使用臭氧的有榮民總醫院等51家，國內的有北京醫院、北京佑安醫院等。

軍用空氣消毒。西方國家已經研制出軍用臭氧空氣消毒產品，，如在太空艙、潛水艇、坦克及其其他軍用車船的艙體安裝臭氧發生裝置，凈化空間環境，消毒殺菌。此類產品由蓄電池或光電池供電。

家庭空氣消毒。隨著城市環境污染的加劇，家庭空氣凈化器市場前景廣闊，將臭氧發生裝置移植于空調中，在空氣出口處安裝臭氧催化分解、吸附裝置，這樣既可以制冷制熱，還可以利用室內循環風對空氣進行消毒、凈化，分解后的氧氣和負離子可以使室內空氣保持清新。另外，空氣消毒用臭氧發生器也可在賓館、飯店、商場、劇院等公共空間使用。在家庭和公共環境中應用臭氧進行空氣消毒時應注意：臭氧的殺菌效果K為臭氧實際濃度C與作用時間T的乘積即K＝C×T，而臭氧實際濃度C為達到殺菌閥值濃度Cmin時，即使延長時間，在實際運行中，恐怕也是沒有殺菌效果的。臭氧用作空氣消毒應按不同應用空間、不同的殺菌消毒目的，而配置不同的臭氧產量和臭氧發生濃度的臭氧發生裝置，臭氧發生濃度是指以自然擴散方式的按固定體積內30分鐘的濃度計，單位為mg/m3，臭氧產量是由臭氧發生濃度與時間累積計算出來的，臭氧產量、臭氧發生濃度是最基本的參數標準。所以以空氣消毒為目的的臭氧消毒產品應標注消毒濃度與消毒時間指標。還有兩個通用指標，即應用空間的臭氧安全指標和產品使用壽命指標等，也是需要向使用者注明的。

（3）臭氧對物品表面消毒：

臭氧對物品表面的微生物也同樣具有殺滅效果，應用也十分廣泛如對餐具、玩具、器皿、醫療器具等進行消毒、滅菌，現在市場上的臭氧消毒柜，臭氧可彌漫在器具周圍進行殺菌，耗電少，殺菌效果顯著，彌補了高溫高壓蒸汽、紅外線和紫外線消毒柜的不足。如對無菌室、潔凈室、醫院的工作服的消毒處理，傳統采用高溫高壓蒸汽滅菌，滅菌后棉質衣料會由白變黃，多次滅菌后，衣服纖維變脆而脫落。直接影響衣服的壽命和無菌室、潔凈室的潔凈度，而現在的綢質工作服更不宜用高溫高壓蒸汽滅菌，而采用臭氧消毒處理，它對衣料的損傷程度較低，而且無任何殘留、印痕和異味，并且較高溫高壓蒸汽滅菌的消毒效果相同或略好，試驗中，對無菌工作服的試驗用人為污染菌群，總體殺滅率≥95％。

還有試驗研究（荊門禽蛋聯合加工廠），將臭氧氣體用于種蛋消毒，比常規福爾馬林熏蒸時間短，殘留氣體分解快，使用經濟、方便，而且臭氧對種蛋還具有延遲性殺菌作用，使種蛋孵化孵出率明顯提高。