近年來(lái)，臭氧技術(shù)已在醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生、食品、食品儲(chǔ)藏保鮮、污水處理和飲用水殺菌消毒等行業(yè)廣泛應(yīng)用，取得了效果。高濃度臭氧消毒后，臭氧在室內(nèi)的衰減便成為暖通界關(guān)注的問(wèn)題之一。本文實(shí)際測(cè)試了一間臭氧消毒的制藥潔凈廠房，利用質(zhì)量平衡模型和一階衰減模型（thefirst-orderdecaymodel），理論上得到臭氧的衰減濃度曲線，再與實(shí)際測(cè)得的臭氧的衰減濃度曲線進(jìn)行比較，進(jìn)而分析理論計(jì)算值和實(shí)際測(cè)量值之的差異以及產(chǎn)生這些差異原因，得到了影響臭氧衰減濃度的相關(guān)因素。通過(guò)分析檢測(cè)得到的臭氧濃度數(shù)據(jù)，消毒結(jié)束后臭氧濃度的衰減時(shí)間低于預(yù)先設(shè)定的時(shí)間值，即該潔凈室臭氧衰減的設(shè)計(jì)時(shí)間符合勞動(dòng)保護(hù)和人員安全的原則。
關(guān)鍵詞：臭氧消毒一階衰減模型質(zhì)量平衡模型臭氧衰減
近年來(lái)，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(chǔ)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)廣泛應(yīng)用，取得了效果。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(wú)二次污染（衰變?yōu)檠鯕猓?，殺菌效果好等多個(gè)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?jī)?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(duì)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)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(shí)，高濃度臭氧消毒后，在建議的時(shí)間內(nèi)臭氧的濃度是否可以降到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值，很值得我們探討。鑒于這個(gè)原因，我們對(duì)某制藥廠房臭氧消毒結(jié)束后的臭氧濃度進(jìn)行了檢測(cè)和分析。
2預(yù)測(cè)模型的建立
理論上，利用質(zhì)量平衡方程和一階衰減模型（thefirst-orderdecaymodel），得到臭氧產(chǎn)生和衰減的模型如公式（1）所示，公式（1）通常用來(lái)預(yù)測(cè)室內(nèi)臭氧從產(chǎn)生到衰減整個(gè)過(guò)程中任意時(shí)刻的臭氧濃度：
對(duì)公式（1）進(jìn)行求解得公式（2），即室內(nèi)臭氧濃度隨時(shí)間變化的濃度值：
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(cè)潔凈室的體積，m3；
T：時(shí)間，h；
Kd:臭氧在測(cè)試過(guò)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(guò)程中，臭氧與空調(diào)系統(tǒng)各部件（過(guò)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(guò)在臭氧發(fā)生器打開(kāi)時(shí)，濃度上升時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)一步回歸得到的。
對(duì)于臭氧的衰減過(guò)程室內(nèi)臭氧的濃度值，也就是說(shuō)關(guān)閉臭氧發(fā)生器，S=0，則公式（2）簡(jiǎn)化為： （3）
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(cè)試方法和測(cè)試過(guò)程
3.1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(wàn)級(jí)的潔凈區(qū)。整個(gè)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4620m3/h，被消毒潔凈區(qū)的總體積為563m3；被測(cè)試潔凈室的送風(fēng)量為2811m3/h，回風(fēng)量為969m3/h，換氣次數(shù)為54.91/h，體積為51.5m3。
先，開(kāi)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(shí)，關(guān)閉臭氧發(fā)成器，打開(kāi)通風(fēng)系統(tǒng)，使得臭氧開(kāi)始被稀釋和衰減，同時(shí)開(kāi)始測(cè)消毒后臭氧在該潔凈室內(nèi)的衰減情況。
3.2臭氧的產(chǎn)生本次測(cè)試的臭氧消毒的生物潔凈室所采用的高濃度臭氧，是通過(guò)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(tái)康爾公司生產(chǎn)的內(nèi)置式臭氧發(fā)生器（型號(hào)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(kāi)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(kāi)機(jī)1～2小時(shí)后，關(guān)閉臭氧發(fā)生器；打開(kāi)通風(fēng)系統(tǒng)，以保證臭氧濃度可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)降到標(biāo)準(zhǔn)允許值。
3.3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(gè)送風(fēng)口，一個(gè)回風(fēng)口，一個(gè)排風(fēng)口，兩扇向內(nèi)開(kāi)啟的門（在測(cè)試期間關(guān)閉）；采樣點(diǎn)的高度1.5m。3.4臭氧濃度的檢測(cè)和記錄。
臭氧濃度的檢測(cè)采用X-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(cè)量0.004ppm，精度為二級(jí)，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(duì)濕度范圍0~95%。臭氧濃度的記錄是通過(guò)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(dòng)記錄和保存。
為了測(cè)試人員的安全，測(cè)試人員和儀器放在該空調(diào)系統(tǒng)的外部，而向被測(cè)潔凈室內(nèi)通入一根采樣管，通過(guò)采樣管和儀器的進(jìn)氣口相連，用來(lái)測(cè)試和記錄潔凈室內(nèi)任意時(shí)刻的臭氧濃度。
4測(cè)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(shí)，關(guān)閉臭氧發(fā)生器時(shí)，此時(shí)被測(cè)房間的臭氧濃度為1.537～1.545ppm（3.07mg/m3），也就是衰減時(shí)的初始濃度。打開(kāi)通風(fēng)系統(tǒng)，通入的新風(fēng)的臭氧濃度為0.014ppm（0.028mg/m3）。通過(guò)對(duì)濃度上升時(shí)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0.1261/h，再利用一階模型和公式（3）可預(yù)測(cè)室內(nèi)臭氧隨時(shí)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(cè)值和實(shí)測(cè)值關(guān)系如下圖3所示：
國(guó)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(guò)一階衰減模型的預(yù)測(cè)值，需要經(jīng)過(guò)大約25分鐘的衰減，室內(nèi)可達(dá)到允許值；而實(shí)際測(cè)試的結(jié)果是，在打開(kāi)通風(fēng)系統(tǒng)13.5分鐘后，室內(nèi)臭氧濃度便降到了0.075ppm。建議經(jīng)過(guò)30分鐘后可進(jìn)入室內(nèi)，由圖3可以看出該預(yù)定時(shí)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(duì)人員的勞動(dòng)保護(hù)要求。
實(shí)測(cè)濃度曲線和通過(guò)模型的預(yù)測(cè)濃度曲線的基本相同，證明一階衰減模型可以對(duì)用于氣體在室內(nèi)衰減的濃度。實(shí)測(cè)曲線和預(yù)測(cè)曲線之間的差異，更說(shuō)明了臭氧在室內(nèi)的衰減是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)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(shí)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(guò)數(shù)學(xué)回歸得到的，也具有一定的誤差。
