臭氧在消毒領(lǐng)域的應(yīng)用

1、臭氧消毒的特點

臭氧消毒滅菌方法與常規(guī)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(jìn)行時臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生一定量的臭氧，在相對密封的環(huán)境下，擴(kuò)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(dá)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(xì)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(qiáng)的除霉、腥、臭等異味的功能。

（2）高潔性：臭氧在環(huán)境中可自然分解為氧，這是臭氧作為消毒滅菌劑的獨特優(yōu)點。臭氧利用空氣中的氧氣產(chǎn)生的，消毒氧化過程中，多余的氧原子（O）在30分鐘后又結(jié)合成為分子氧（O2），不存在任何殘留物質(zhì)，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(jié)束后的再次清潔。

（3）方便性：臭氧殺菌設(shè)備一般安裝在室內(nèi)或中央空調(diào)系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)中，或者是滅菌設(shè)備中（如臭氧消毒滅菌柜、傳遞窗等）?？筛鶕?jù)滅菌所需濃度及時間，自動設(shè)置臭氧滅菌設(shè)備的定時控制，操作使用方便。而甲醛、環(huán)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(jīng)濟(jì)性：通過臭氧消毒滅菌在諸多制藥行業(yè)GMP中的應(yīng)用，以及醫(yī)療衛(wèi)生單位的使用及運(yùn)行比較，臭氧消毒方法與其他方法相比具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2、臭氧消毒的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）水體消毒：由于臭氧在水中的不穩(wěn)定性，分解后產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)（比單原子氧還強(qiáng)）的羥基（OH）和單原子氧等，可有效的殺滅水中的各種細(xì)菌和病毒。國外把臭氧視作最為理想的水質(zhì)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(tuán)、上海自來水公司也陸續(xù)采用臭氧對水質(zhì)進(jìn)行凈化消毒。

氯劑消毒水，可以產(chǎn)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(zhì)毒性的研究深入，世界水質(zhì)協(xié)會，世界衛(wèi)生組織等已經(jīng)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(yōu)點：

氧化能力強(qiáng)，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(xì)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(chǎn)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(jī)農(nóng)藥和洗滌劑等，極大改善水質(zhì)。

水處理中臭氧的投加量要根據(jù)水的理化性質(zhì)、污染程度、接觸時間等設(shè)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(qiáng)殺菌能力，國外許多醫(yī)院采用臭氧處理污水，并取得了滿意的效果，試驗證明，當(dāng)醫(yī)院排放污水中含有106—108個細(xì)菌/L時，投加臭氧濃度達(dá)10－20mg/L作用10－15分鐘，對細(xì)菌繁殖體的殺滅率達(dá)99.999％－100％，投加25－30mg/L作用15分鐘，對芽胞的殺滅率也可達(dá)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(jīng)成為消毒領(lǐng)域的重點，特別是，在1996年夏季，病原型大腸桿菌0517爆發(fā)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(chǎn)生極強(qiáng)的抗藥菌變異，而作用機(jī)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(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)，抗青霉素金黃色葡萄球菌感染也成為嚴(yán)重的問題，使用高濃度臭氧水進(jìn)行醫(yī)療人員洗手以及醫(yī)療器械消毒的解決辦法受到了重視。

日本在進(jìn)行臭氧水對醫(yī)療部門相關(guān)微生物的殺菌效果試驗中，對在平時經(jīng)常性接觸的，也是在醫(yī)院感染中重要的微生物作為測試樣本，如細(xì)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(shù)殘存。對于病毒，其結(jié)果由病毒半數(shù)組織培養(yǎng)感染量（TCID50）表示，TCID50減少103以上，可認(rèn)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(rèn)臭氧水對于醫(yī)療、制藥及食品加工領(lǐng)域中引起感染的細(xì)菌、病毒具有很好的殺滅作用。

在對醫(yī)護(hù)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(shù)，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(xì)菌污染。

根據(jù)醫(yī)療器械及醫(yī)用材料基礎(chǔ)性生物學(xué)試驗標(biāo)準(zhǔn)：

細(xì)胞毒性試驗，對動物固體毒性試驗即由人或動物細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞毒性試驗，此次為小鼠成腺細(xì)胞，進(jìn)行吉姆薩染色，結(jié)果反映，臭氧水無細(xì)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(zhì)反復(fù)暴露時，引起免疫反應(yīng)障礙，檢查是否引起過敏癥狀。試驗采用最大值進(jìn)行，臭氧水注射土撥鼠皮內(nèi)，結(jié)果均無紅斑、浮腫等過敏癥狀，無過敏反應(yīng)。

眼粘膜刺激性試驗，在用4mg/L臭氧水滴眼時，無刺激、結(jié)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(xù)在14天內(nèi)，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(rèn)為臭氧水連續(xù)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(xì)菌，1mg/L臭氧水已經(jīng)足以殺死。而對于病毒的滅活，我們建議應(yīng)使用高濃度臭氧水。

臭氧水除了對試驗中所使用的供試細(xì)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(tuán)菌屬，產(chǎn)黃桿菌屬，產(chǎn)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(yī)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(yùn)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(jīng)廣泛應(yīng)用。在應(yīng)用臭氧水處理產(chǎn)婦產(chǎn)后護(hù)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(chǎn)領(lǐng)域，臭氧水殺菌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的消毒劑也更顯示出卓越的優(yōu)勢，美國、歐盟等在公共用水和食品加工中已廣泛應(yīng)用臭氧水。在蔬菜加工中，傳統(tǒng)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(zhì)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(shù)可避免傳統(tǒng)工藝對蔬菜質(zhì)量的破壞，提高產(chǎn)品附加值，同時也降低了成本。在相關(guān)試驗中，與二氧化氯對照比較，其蔬菜加工品的衛(wèi)生指標(biāo)達(dá)到無菌要求，殺菌效果優(yōu)于二氧化氯水溶液。

在對水產(chǎn)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(xì)菌繁殖率、味道、原生質(zhì)、外表等方面，臭氧水均優(yōu)于氯劑類。在采用臭氧海水處理貝類，經(jīng)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(yè)、食品加工行業(yè)的管路、生產(chǎn)設(shè)備及盛裝容器的浸泡和清洗，從而達(dá)到消毒滅菌的目的。采用高濃度臭氧水進(jìn)行浸泡、沖洗，一是管路、設(shè)備及盛裝容器表面的細(xì)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(xì)菌、病毒被臭氧殺死，使用簡單，在醫(yī)藥生產(chǎn)和食品加工中不會產(chǎn)生死角，避免了生產(chǎn)中使用化學(xué)消毒劑帶來的化學(xué)毒害物質(zhì)的排放和殘留污染等環(huán)境問題。

（2）空氣消毒：臭氧在空氣中可以彌漫到室內(nèi)所有物品周圍和空間的每個角落，擴(kuò)散性好，濃度均勻，不留死角，因此比紫外線更具有優(yōu)勢，而紫外線以光輻射方式殺菌，只有在照射到的位置達(dá)到照射強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)才能有殺菌效果，而且臭氧的溶菌性消毒機(jī)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(xì)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(yī)院病房內(nèi)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(dá)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(yōu)點：臭氧的最終分解物是氧氣，無殘留，對環(huán)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(zhì)影響較??；相對于其他消毒方式，如紫外線、藥劑熏蒸等，運(yùn)行成本較??；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(dāng)臭氧空氣濃度在達(dá)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(nèi)的溫度和濕度條件；室內(nèi)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(qū)別的，經(jīng)實驗證明，臭氧對人、動物的致病菌、病毒具有很強(qiáng)的溶菌性殺滅作用。

影響氣相臭氧殺菌效果的環(huán)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(xiàn)出來。這是由于相對濕度提高，可以使細(xì)胞膨脹，細(xì)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(fā)生器的使用上建議：

空氣消毒用臭氧發(fā)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(huán)的無菌室，建議采用在閉路空氣循環(huán)系統(tǒng)中，加裝臭氧發(fā)生裝置，如組裝在空調(diào)機(jī)組、安裝在總送風(fēng)道或總回風(fēng)道中，在達(dá)到設(shè)定消毒時間后，使用活性炭吸附或催化劑還原進(jìn)行空氣消毒滅菌，這樣既可以達(dá)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(huán)境。目前該項技術(shù)在制藥行業(yè)無菌室的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛和成熟，主要工作流程如下：空壓機(jī)—制氧機(jī)—臭氧發(fā)生裝置—空調(diào)總送風(fēng)管—各消毒凈化區(qū)。

空氣消毒用臭氧發(fā)生裝置的選用計算。利用臭氧消毒需要至少要達(dá)到閥值濃度，發(fā)生濃度低于閥值濃度，是達(dá)不到滅菌效果的，而濃度過高會造成運(yùn)行成本增加，所以應(yīng)該計算選用合適范圍的發(fā)生濃度的臭氧發(fā)生裝置。根據(jù)《消毒技術(shù)規(guī)范》和實踐應(yīng)用數(shù)據(jù)，在GMP制藥車間的潔凈區(qū)，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(qū)域消毒需要保持的臭氧濃度（mg/M3）。其中V＝V1＋V2＋V3，V1－潔凈區(qū)域總體積；V2－空調(diào)風(fēng)道體積；V3－補(bǔ)充新風(fēng)量造成臭氧損失的有效體積（V3＝總風(fēng)量×20％常規(guī)新風(fēng)更換率×10％（保持潔凈區(qū)域的正壓補(bǔ)充新風(fēng)量）×60％＝總風(fēng)量×1.2％）。

濕度適當(dāng)。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(yīng)注意在環(huán)境中適當(dāng)增加濕度。

臭氧濃度。濃度掌握是空氣型臭氧發(fā)生器使用的關(guān)鍵，不同的用途應(yīng)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(nèi)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(dāng)然這些濃度指標(biāo)都是與時間量相關(guān)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(qū)一般需要濃度都較高。

空氣消毒型臭氧發(fā)生器選型。由于臭氧只能就地生產(chǎn)，目前最經(jīng)濟(jì)也是技術(shù)成熟的產(chǎn)生臭氧的方式為電暈放電，而用于空氣消毒用臭氧發(fā)生器多是使用陶瓷片高頻放電的模式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、運(yùn)行費(fèi)用低及調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)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(xù)、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(tǒng)有明顯的刺激作用，在暴露環(huán)境中，可影響呼吸功能。所以，我們建議，使用臭氧消毒空氣，應(yīng)在無人環(huán)境下進(jìn)行，在消毒完畢半小時后，人員方可進(jìn)入。

臭氧空氣消毒的適用領(lǐng)域：

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

醫(yī)院空氣消毒。醫(yī)院病房、門診手術(shù)室、治療室等，日本使用臭氧作為空氣消毒的醫(yī)院就有札幌自衛(wèi)隊醫(yī)院、名古屋保健生大學(xué)等28所醫(yī)院，使用臭氧技術(shù)處理食品、衛(wèi)生保健的單位和醫(yī)院達(dá)53家之多，臺灣使用臭氧的有榮民總醫(yī)院等51家，國內(nèi)的有北京醫(yī)院、北京佑安醫(yī)院等。

軍用空氣消毒。西方國家已經(jīng)研制出軍用臭氧空氣消毒產(chǎn)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(fā)生裝置，凈化空間環(huán)境，消毒殺菌。此類產(chǎn)品由蓄電池或光電池供電。

家庭空氣消毒。隨著城市環(huán)境污染的加劇，家庭空氣凈化器市場前景廣闊，將臭氧發(fā)生裝置移植于空調(diào)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(nèi)循環(huán)風(fēng)對空氣進(jìn)行消毒、凈化，分解后的氧氣和負(fù)離子可以使室內(nèi)空氣保持清新。另外，空氣消毒用臭氧發(fā)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(huán)境中應(yīng)用臭氧進(jìn)行空氣消毒時應(yīng)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(dá)到殺菌閥值濃度Cmin時，即使延長時間，在實際運(yùn)行中，恐怕也是沒有殺菌效果的。臭氧用作空氣消毒應(yīng)按不同應(yīng)用空間、不同的殺菌消毒目的，而配置不同的臭氧產(chǎn)量和臭氧發(fā)生濃度的臭氧發(fā)生裝置，臭氧發(fā)生濃度是指以自然擴(kuò)散方式的按固定體積內(nèi)30分鐘的濃度計，單位為mg/m3，臭氧產(chǎn)量是由臭氧發(fā)生濃度與時間累積計算出來的，臭氧產(chǎn)量、臭氧發(fā)生濃度是最基本的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。所以以空氣消毒為目的的臭氧消毒產(chǎn)品應(yīng)標(biāo)注消毒濃度與消毒時間指標(biāo)。還有兩個通用指標(biāo)，即應(yīng)用空間的臭氧安全指標(biāo)和產(chǎn)品使用壽命指標(biāo)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(yīng)用也十分廣泛如對餐具、玩具、器皿、醫(yī)療器具等進(jìn)行消毒、滅菌，現(xiàn)在市場上的臭氧消毒柜，臭氧可彌漫在器具周圍進(jìn)行殺菌，耗電少，殺菌效果顯著，彌補(bǔ)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(yī)院的工作服的消毒處理，傳統(tǒng)采用高溫高壓蒸汽滅菌，滅菌后棉質(zhì)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(xiàn)在的綢質(zhì)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(lián)合加工廠），將臭氧氣體用于種蛋消毒，比常規(guī)福爾馬林熏蒸時間短，殘留氣體分解快，使用經(jīng)濟(jì)、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。