臭氧在消毒领域的应用

臭氧在消毒领域的应用

1、臭氧消毒的特点

臭氧消毒灭菌方法与常规消毒灭菌方法相比具有以下特点：

（1）高效性：臭氧消毒不需要其他任何辅助材料和添加剂。消毒进行时臭氧发生装置产生一定量的臭氧，在相对密封的环境下，扩散均匀，包容性、通透性好，克服了紫外线杀菌存在的消毒死角的问题，达到全方位、快速、高效的消毒杀菌目的。另外，由于它的灭菌广谱，既可以杀灭细菌繁殖体、芽胞、病毒、真菌和原虫孢体等多种微生物，还可以破坏肉毒杆菌和毒素及立克次氏体等，同时还具有很强的除霉、腥、臭等异味的功能。

（2）高洁性：臭氧在环境中可自然分解为氧，这是臭氧作为消毒灭菌剂的独特优点。臭氧利用空气中的氧气产生的，消毒氧化过程中，多余的氧原子（O）在30分钟后又结合成为分子氧（O2），不存在任何残留物质，解决了消毒剂消毒时，残留物的二次污染问题，同时省去了消毒结束后的再次清洁。

（3）方便性：臭氧杀菌设备一般安装在室内或中央空调系统、空气净化系统中，或者是灭菌设备中（如臭氧消毒灭菌柜、传递窗等）。可根据灭菌所需浓度及时间，自动设置臭氧灭菌设备的定时控制，操作使用方便。而甲醛、环氧乙酸熏蒸消毒时间长，而臭氧消毒可以天天定时开启使用。

（4）经济性：通过臭氧消毒灭菌在诸多制药行业GMP中的应用，以及医疗卫生单位的使用及运行比较，臭氧消毒方法与其他方法相比具有很大的经济效益和社会效益。

2、臭氧消毒的应用领域

（1）水体消毒：由于臭氧在水中的不稳定性，分解后产生氧化能力极强（比单原子氧还强）的羟基（OH）和单原子氧等，可有效的杀灭水中的各种细菌和病毒。国外把臭氧视作最为理想的水质消毒净化剂，很多大型水厂普遍采用臭氧来处理饮用水，我国的昆明自来水公司，深水集团、上海自来水公司也陆续采用臭氧对水质进行净化消毒。

氯剂消毒水，可以产生致癌毒物三氯甲烷，如果氯剂投加量增多，三氯甲烷的生成量也就增多，随着人类对致癌物质毒性的研究深入，世界水质协会，世界卫生组织等已经不主张将氯剂用于饮水消毒。而臭氧用于饮水消毒有以下优点：

氧化能力强，杀菌效率高，杀菌速度快，臭氧杀灭水中微生物的效率是氯剂的600－3000倍，可以杀灭水中所有的细菌、病毒、芽胞、孢子虫类，还能杀灭藻类等；

臭氧在水中的作用后，产物是无毒无害的氧气，并且臭氧本身无永久的残留性，还能增加水中溶解氧；

有去色、除臭的作用，降低水的浑浊度；

能氧化分解水中的铁、锰、银、钴、悬浮颗粒、有机农药和洗涤剂等，极大改善水质。

水处理中臭氧的投加量要根据水的理化性质、污染程度、接触时间等设计。对于生活用水和饮用水消毒时，投加0.1－1mg/L即可，一般水体投加臭氧量0.5-1.5mg/L，接触5－10分钟，水中保持剩余臭氧浓度0.1-0.5mg/L。

臭氧也广泛用于污水处理，由于臭氧的强杀菌能力，国外许多医院采用臭氧处理污水，并取得了满意的效果，试验证明，当医院排放污水中含有106—108个细菌/L时，投加臭氧浓度达10－20mg/L作用10－15分钟，对细菌繁殖体的杀灭率达99.999％－100％，投加25－30mg/L作用15分钟，对芽胞的杀灭率也可达99.999％以上。

臭氧用于饮用水、污水消毒的同时，还可以制成高浓度臭氧消毒水，对蔬菜、瓜果、食品用具、手和其他物品清洗、消毒。在日本，使用高浓度臭氧消毒水已经成为消毒领域的重点，特别是，在1996年夏季，病原型大肠杆菌0517爆发性感染事件中，以前使用的次氯酸钠、乙醇、乙酸等杀菌剂，在长期的100－300ppm浓度下，致使大肠菌等革兰氏阴性菌产生极强的抗药菌变异，而作用机理完全不同的高浓度臭氧消毒水对此却十分有效。而在日本的医疗卫生系统，抗青霉素金黄色葡萄球菌感染也成为严重的问题，使用高浓度臭氧水进行医疗人员洗手以及医疗器械消毒的解决办法受到了重视。

日本在进行臭氧水对医疗部门相关微生物的杀菌效果试验中，对在平时经常性接触的，也是在医院感染中重要的微生物作为测试样本，如细菌：大肠杆菌IFO3301、铜绿色极毛杆菌IFO3445、金黄色葡萄球菌ATCC43300、表皮葡萄球菌IFO12993；病毒：疱疹病毒RF、腺病毒3型、科赛奇病毒B5FAULKNER、艾珂病毒7型WALLACE、流行感冒病毒PR8等，与氯剂消毒水对比，各供试菌在臭氧水浓度4mg/L作用10秒后即可全部杀死，而对照组在30秒后，仍有103mg/L以上的活菌数残存。对于病毒，其结果由病毒半数组织培养感染量（TCID50）表示，TCID50减少103以上，可认为病毒灭活。在臭氧水4mg/L浓度作用下20秒，疱疹病毒、流行感冒病毒减少TCID50103以上，科赛奇B5病毒、艾珂7型病毒减少TCID50104以上，所以可以确认臭氧水对于医疗、制药及食品加工领域中引起感染的细菌、病毒具有很好的杀灭作用。

在对医护人员清洗手指附着菌去除，供试菌体为抗青霉素金黄色葡萄球菌，对比组采用消毒用乙醇，MK212。对清洗后排水鉴定杀菌效果和排水二次污染，排水中菌数，对照组104，臭氧水仅为101。证明臭氧水杀菌效果明显，而且对外界没有造成二次细菌污染。

根据医疗器械及医用材料基础性生物学试验标准：

细胞毒性试验，对动物固体毒性试验即由人或动物细胞进行细胞毒性试验，此次为小鼠成腺细胞，进行吉姆萨染色，结果反映，臭氧水无细胞毒性或微小毒性。

过敏性试验，皮肤过敏性试验是人在某物质反复暴露时，引起免疫反应障碍，检查是否引起过敏症状。试验采用最大值进行，臭氧水注射土拨鼠皮内，结果均无红斑、浮肿等过敏症状，无过敏反应。

眼粘膜刺激性试验，在用4mg/L臭氧水滴眼时，无刺激、结膜，虹膜，角膜均无损伤，判定无眼粘膜一次刺激性。

皮肤累积刺激试验，对新西兰小白鼠背部皮肤连续在14天内，使用臭氧水擦抹，试验动物在试验期间行为正常，毛及排泄物均无变化，皮肤无红斑及浮肿，可以认为臭氧水连续使用时对皮肤无累积性刺激。

综上所述，使用臭氧水消毒灭菌，是极其有效和安全的。对于一般细菌，1mg/L臭氧水已经足以杀死。而对于病毒的灭活，我们建议应使用高浓度臭氧水。

臭氧水除了对试验中所使用的供试细菌、病毒，还可以对诸如亲脂性病毒和亲水性病毒（包括甲肝HAV、乙肝HBV、丙肝HCV以及艾滋病毒HIV），绿脓杆菌，荧光假单胞菌属，军团菌属，产黄杆菌属，产碱杆菌属，阿米巴原虫，人致病性真菌（如白色念珠菌属）等等。

同样，臭氧水也作为有效的治疗手段，用于治疗疾病。1902年J·H·Clarke的《医疗实践手册》中记述了臭氧水在治疗贫血、糖尿病等疾病中的成功运用。1979年DR George Freibott开始使用臭氧治疗艾滋病患者。到今天，在德国、法国、意大利、俄罗斯、葡萄牙等欧盟国家臭氧疗法已经广泛应用。在应用臭氧水处理产妇产后护理，烧伤病人清洗消毒方面，我国也有初步的研究。而英国皇太后在世时，之所以长寿的秘诀，一个是随身不离的热水袋，再有就是坚持臭氧水注射保健。

在食品生产领域，臭氧水杀菌代替传统的消毒剂也更显示出卓越的优势，美国、欧盟等在公共用水和食品加工中已广泛应用臭氧水。在蔬菜加工中，传统的消毒灭菌方法是采用高温杀菌工艺，不仅对蔬菜的色泽、口感、质地等造成破坏，而且还消耗大量能源。利用臭氧水作为冷杀菌技术可避免传统工艺对蔬菜质量的破坏，提高产品附加值，同时也降低了成本。在相关试验中，与二氧化氯对照比较，其蔬菜加工品的卫生指标达到无菌要求，杀菌效果优于二氧化氯水溶液。

在对水产品，如鱼类等消毒净化中，同样对照氯剂消毒净化，在储藏时间、细菌繁殖率、味道、原生质、外表等方面，臭氧水均优于氯剂类。在采用臭氧海水处理贝类，经过处理，贝类自身洁净速度加快，在研究的九个菌种包括大肠杆菌，假单胞菌属绿脓杆菌和伤寒属沙门氏菌等，总体上比采用氯剂对照组要减少1/100—1/1000。

臭氧水也可以用于制药行业、食品加工行业的管路、生产设备及盛装容器的浸泡和清洗，从而达到消毒灭菌的目的。采用高浓度臭氧水进行浸泡、冲洗，一是管路、设备及盛装容器表面的细菌、病毒被大量冲淋去除；二是残留在表面上的未被冲走的细菌、病毒被臭氧杀死，使用简单，在医药生产和食品加工中不会产生死角，避免了生产中使用化学消毒剂带来的化学毒害物质的排放和残留污染等环境问题。

（2）空气消毒：臭氧在空气中可以弥漫到室内所有物品周围和空间的每个角落，扩散性好，浓度均匀，不留死角，因此比紫外线更具有优势，而紫外线以光辐射方式杀菌，只有在照射到的位置达到照射强度标准才能有杀菌效果，而且臭氧的溶菌性消毒机理可以有效的杀灭空气中的各种微生物。低于安全容许浓度（0.2mg/M3）的臭氧即对一般细菌繁殖体具有良好的杀灭作用。试验用30 mg/M3浓度臭氧，作用15分钟，对样本医院病房内的自然菌的杀灭率≥92.7％，对气溶胶中金黄色葡萄球菌，以0.12 mg/M3臭氧作用30分钟，杀灭率达到99.9％以上，对枯草杆菌黑色变种芽胞以5.67 mg/M3浓度臭氧作用60分钟，杀灭率≥99％。

采用气相臭氧消毒的主要优点：臭氧的最终分解物是氧气，无残留，对环境无任何公害；对所消毒物品，如器皿、餐具、食品等不会有任何残留物，而且对原有物品的理化性质影响较小；相对于其他消毒方式，如紫外线、药剂熏蒸等，运行成本较小；适用范围广阔，没有特别的限制条件。

在气相条件中，臭氧杀灭微生物的效果，取决这几个主要因素：臭氧阀值浓度，即当臭氧空气浓度在达到此浓度要求时，才能具有杀灭微生物的能力；微生物种类；处理时间；臭氧分布方式；空间内的温度和湿度条件；室内墙面、顶棚、地板及其他装饰材料的还原性影响等。

气相条件下，臭氧对微生物的杀灭效果是有区别的，经实验证明，臭氧对人、动物的致病菌、病毒具有很强的溶菌性杀灭作用。

影响气相臭氧杀菌效果的环境因素主要是温度和湿度。一般情况下，温度低、湿度大则杀灭效果好，尤其是湿度条件，相对湿度≤45％，臭氧对空气中悬浮微生物几乎没有杀灭作用，相对湿度＞70％，杀灭效果才真正的体现出来。这是由于相对湿度提高，可以使细胞膨胀，细胞壁变薄，使之更容易受到臭氧的渗透溶解。

表三 空气中使用臭氧参考浓度（单位：ppm）

综合以上因素，我们在空气消毒用臭氧发生器的使用上建议：

空气消毒用臭氧发生器的安装。分体或移动式放在单独空间中，一般要放置高处，因为臭氧比重在空气中较大，易下降，放置高处的目的主要是有利于臭氧的散播；在空间相对封闭的，如空气自循环的无菌室，建议采用在闭路空气循环系统中，加装臭氧发生装置，如组装在空调机组、安装在总送风道或总回风道中，在达到设定消毒时间后，使用活性炭吸附或催化剂还原进行空气消毒灭菌，这样既可以达到空气消毒的目的，同时还可以使工作人员不必离开工作环境。目前该项技术在制药行业无菌室的应用已经十分广泛和成熟，主要工作流程如下：空压机—制氧机—臭氧发生装置—空调总送风管—各消毒净化区。

空气消毒用臭氧发生装置的选用计算。利用臭氧消毒需要至少要达到阀值浓度，发生浓度低于阀值浓度，是达不到灭菌效果的，而浓度过高会造成运行成本增加，所以应该计算选用合适范围的发生浓度的臭氧发生装置。根据《消毒技术规范》和实践应用数据，在GMP制药车间的洁净区，洁净级别三十万级取消毒需要保持臭氧浓度N＝5mg/M3，十万级取N＝10 mg/M3，万级取N＝30mg/M3，百级取N＝40mg/M3。臭氧总用量计算公式为：W＝NV/（1－S），式中，W－臭氧总用量（mg/M3）；S－臭氧衰减率S＝40％；V－总体积（M3）；N－洁净区域消毒需要保持的臭氧浓度（mg/M3）。其中V＝V1＋V2＋V3，V1－洁净区域总体积；V2－空调风道体积；V3－补充新风量造成臭氧损失的有效体积（V3＝总风量×20％常规新风更换率×10％（保持洁净区域的正压补充新风量）×60％＝总风量×1.2％）。

湿度适当。臭氧的灭菌效果在湿度为70-80%条件下效果最理想，在湿度低于45%时效果较差，所以一般使用中，特别是制药车间无菌室、病房等使用应注意在环境中适当增加湿度。

臭氧浓度。浓度掌握是空气型臭氧发生器使用的关键，不同的用途应有不的浓度和时间来配合。比如一般的除味、除臭等，浓度掌握一般不超过0.05ppm。如果用于室内灭菌消毒则一般掌握在0.1-1ppm；如果用于食品保鲜或物体表面消毒则一般掌握在1-5ppm的浓度。当然这些浓度指标都是与时间量相关的，指的是整个空间传播的散播浓度，而不是局部浓度。物体表面或病房区一般需要浓度都较高。

空气消毒型臭氧发生器选型。由于臭氧只能就地生产，目前最经济也是技术成熟的产生臭氧的方式为电晕放电，而用于空气消毒用臭氧发生器多是使用陶瓷片高频放电的模式，它具有结构简单、性能可靠、运行费用低及调节灵活等优点。

臭氧空气消毒的安全性。臭氧安全性在广泛的动物和人体试验中，主要暴露途径为吸入法，持续、长期的吸入试验显示臭氧不致癌（NTP，1995）；但是对动物和人体的呼吸系统有明显的刺激作用，在暴露环境中，可影响呼吸功能。所以，我们建议，使用臭氧消毒空气，应在无人环境下进行，在消毒完毕半小时后，人员方可进入。

臭氧空气消毒的适用领域：

制药行业的GMP验证空气消毒。洁净生产区的中央空调净化系统、臭氧灭菌柜、其他没有中央空调系统的生产用空间灭菌，这是部分使用臭氧消毒的制药企业，沈阳济世制药有限公司、大连珍奥药业有限公司、上海庆安药业有限公司、吉林敖东药业集团延吉股份有限公司、福建兴安药业有限公司等，臭氧作为空气消毒的主要手段为这些企业的GMP验证作出了重要的贡献。

医院空气消毒。医院病房、门诊手术室、治疗室等，日本使用臭氧作为空气消毒的医院就有札幌自卫队医院、名古屋保健生大学等28所医院，使用臭氧技术处理食品、卫生保健的单位和医院达53家之多，台湾使用臭氧的有荣民总医院等51家，国内的有北京医院、北京佑安医院等。

军用空气消毒。西方国家已经研制出军用臭氧空气消毒产品，，如在太空舱、潜水艇、坦克及其其他军用车船的舱体安装臭氧发生装置，净化空间环境，消毒杀菌。此类产品由蓄电池或光电池供电。

家庭空气消毒。随着城市环境污染的加剧，家庭空气净化器市场前景广阔，将臭氧发生装置移植于空调中，在空气出口处安装臭氧催化分解、吸附装置，这样既可以制冷制热，还可以利用室内循环风对空气进行消毒、净化，分解后的氧气和负离子可以使室内空气保持清新。另外，空气消毒用臭氧发生器也可在宾馆、饭店、商场、剧院等公共空间使用。在家庭和公共环境中应用臭氧进行空气消毒时应注意：臭氧的杀菌效果K为臭氧实际浓度C与作用时间T的乘积即K＝C×T，而臭氧实际浓度C为达到杀菌阀值浓度Cmin时，即使延长时间，在实际运行中，恐怕也是没有杀菌效果的。臭氧用作空气消毒应按不同应用空间、不同的杀菌消毒目的，而配置不同的臭氧产量和臭氧发生浓度的臭氧发生装置，臭氧发生浓度是指以自然扩散方式的按固定体积内30分钟的浓度计，单位为mg/m3，臭氧产量是由臭氧发生浓度与时间累积计算出来的，臭氧产量、臭氧发生浓度是最基本的参数标准。所以以空气消毒为目的的臭氧消毒产品应标注消毒浓度与消毒时间指标。还有两个通用指标，即应用空间的臭氧安全指标和产品使用寿命指标等，也是需要向使用者注明的。

（3）臭氧对物品表面消毒：

臭氧对物品表面的微生物也同样具有杀灭效果，应用也十分广泛如对餐具、玩具、器皿、医疗器具等进行消毒、灭菌，现在市场上的臭氧消毒柜，臭氧可弥漫在器具周围进行杀菌，耗电少，杀菌效果显着，弥补了高温高压蒸汽、红外线和紫外线消毒柜的不足。如对无菌室、洁净室、医院的工作服的消毒处理，传统采用高温高压蒸汽灭菌，灭菌后棉质衣料会由白变黄，多次灭菌后，衣服纤维变脆而脱落。直接影响衣服的寿命和无菌室、洁净室的洁净度，而现在的绸质工作服更不宜用高温高压蒸汽灭菌，而采用臭氧消毒处理，它对衣料的损伤程度较低，而且无任何残留、印痕和异味，并且较高温高压蒸汽灭菌的消毒效果相同或略好，试验中，对无菌工作服的试验用人为污染菌群，总体杀灭率≥95％。

还有试验研究（荆门禽蛋联合加工厂），将臭氧气体用于种蛋消毒，比常规福尔马林熏蒸时间短，残留气体分解快，使用经济、方便，而且臭氧对种蛋还具有延迟性杀菌作用，使种蛋孵化孵出率明显提高。