臭氧知识
爱恨情仇谈臭氧
大气层中的臭氧层对地球上生命的保护作用现在已广为人知——它吸收了太阳释放的大部分紫外线，保护动物和植物免受这种射线的伤害。为了弥补日益稀薄的臭氧层甚至臭氧层空洞，人们想尽办法，比如推广使用无氟制冷剂，减少氟利昂等物质对臭氧的破坏。世界还设立了一个保护臭氧层的国际日。这给人们的印象是，保护的臭氧越多越好。事实上，并非如此。如果大气中，尤其是近地面大气中的臭氧积累过多，臭氧浓度过高对人类来说将是一场灾难。
臭氧是地球大气中的微量气体，是大气中的氧分子被太阳辐射分解成氧原子，然后氧原子与周围的氧分子结合形成的，含有三个氧原子。大气中90%以上的臭氧存在于大气层上部或平流层，距离地面10 ~ 50公里。这是需要人类保护的大气臭氧层。近地面仍有少量臭氧分子盘旋，对阻挡紫外线仍能起到一定作用。但近年来发现，近地面大气中的臭氧浓度有快速上升的趋势，这并不好。
臭氧是从哪里来的？和铅污染、硫化物一样，也来源于人类活动，汽车、燃料、石化是臭氧污染的重要来源。走在繁华的街道上，我们经常会看到空气略带浅棕色，有一股刺鼻的味道，这就是俗称的光化学烟雾。臭氧是光化学烟雾的主要成分。它不是直接发射的，而是转换的。比如汽车排放的氮氧化物，只要受到阳光照射，在适宜的气象条件下，就能产生臭氧。随着汽车和工业排放的增加，地面臭氧污染已成为欧洲、北美、日本和中国许多城市的普遍现象。根据专家目前掌握的数据，预计到2005年，近地表大气中的臭氧层将成为影响华北地区空气质量的主要污染物。
研究表明，当空气中的臭氧浓度处于0.012ppm的水平时，这也是许多城市的典型水平，它会导致人的皮肤瘙痒，眼睛，鼻咽和呼吸道受到刺激，肺功能会受到影响，引起咳嗽，气短和胸痛等症状。空气中臭氧水平上升至0.05ppm，住院人数平均上升7% ~ 10%。原因是，作为一种强氧化剂，臭氧几乎可以与任何生物组织发生反应。臭氧被吸入呼吸道后，会迅速与呼吸道内的细胞、液体和组织发生反应，导致肺功能减弱和组织损伤。对于患有哮喘、肺气肿、慢性支气管炎的人来说，臭氧的危害更为明显。
从臭氧的性质来说，它既能帮助人，也能危害人。它不仅是来自天堂和人类的保护伞，有时它像一种凶猛的毒药。目前，人们对臭氧的积极作用以及人类应该采取什么措施来保护臭氧层已经有了* * *的认识，并进行了大量的工作。然而，尽管人们已经知道臭氧层的负面影响，但除了大气监测和空气污染预测之外，并没有真正可行的方法来解决它。
臭氧消毒的原理可以认为是一种氧化反应。
(1)臭氧对细菌的灭活机理:
臭氧对细菌的灭活总是进行得很快。与其他杀菌剂不同的是，臭氧可以与细菌细胞壁的脂质双键发生反应，渗透到细菌内部，作用于蛋白质和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细菌死亡。臭氧还作用于细胞中的核物质，如核酸中的嘌呤和嘧啶，以破坏DNA。
(2)臭氧对病毒的灭活机理:
臭氧对病毒的作用首先是病毒衣壳蛋白的四条多肽链，RNA被破坏，尤其是形成它的蛋白质。噬菌体经臭氧氧化后，电镜观察其表皮破碎成许多碎片，从中释放出许多核糖核酸，干扰其对沉积物的吸附。
臭氧杀菌的彻底性毋庸置疑。
破坏臭氧层，危及我们每一个人。
紫外线在许多方面影响人体健康。人体会出现晒伤、眼疾、免疫系统变化、光线变化和皮肤病(包括皮肤癌)。皮肤癌是一种顽固的疾病，紫外线的增加会增加患这种疾病的风险。紫外光子有足够的能量打破双键。中短波紫外线能深入人体皮肤，引起人体皮肤炎症，破坏人体遗传物质DNA(脱氧核糖核酸)，使正常生长的细胞转化为癌细胞，继续生长成一整块皮肤癌。也有人说阳光穿透皮肤表层。紫外线辐射轰击皮肤细胞核中的DNA基本单位，将许多单位融化成无用的片段。这些缺陷的修复过程可能会异常，从而导致癌症。流行病学证实，工厂中非黑色素瘤皮肤癌的发病率与日晒密切相关。所有类型皮肤的人都有可能患非黑色素瘤皮肤癌，但浅色皮肤的人发病率更高。动物实验发现，紫外线B波长区是致癌作用最强的波长区。
预计臭氧总量减少1%(即紫外线B增强2%)，基础细胞癌变率增加4%左右。最近的研究发现，紫外线B可以改变免疫系统的功能。一些实验结果表明，感染性皮肤病也可能与臭氧减少引起的紫外线B增强有关。预计臭氧总量减少1%，皮肤癌发病率增加5%-7%，白内障患者增加0.2%-0.6%。从1983开始，加拿大的皮肤癌发病率上升了235%，1991年的皮肤病患者达到了47000人。美国环保局局长表示，未来50年美国死于皮肤癌的人数将比之前的预测增加20万人。澳大利亚人喜欢日光浴，把皮肤晒黑。尽管科学家一再警告说，更多的阳光照射会导致皮肤癌，但他们仍然喜欢深色皮肤。结果直到澳洲皮肤癌发病率比世界其他地方高1倍，人们才醒悟过来。世界上患皮肤癌的人已占癌症患者总数的1/3。
联合国环境规划署警告说，如果地球臭氧层继续以目前的速度减少和变薄，到2000年，全世界皮肤癌的比例将增加26%，达到30万人。如果下世纪初臭氧层减少10%，全球每年患白内障的人数可能达到1.6万-1.75万。
暴露在紫外线下也可能诱发麻疹、水痘、疟疾、疮痂、真菌病、肺结核、麻风病和淋巴瘤。
紫外线的增加还会导致海洋浮游生物、虾蟹幼体、贝类大量死亡，导致部分生物灭绝。紫外线辐射的结果是，成群的兔子会患近视，成千上万的羊会失明。
紫外线B减弱光平台功能根据非洲沿海地区的实验，推测在增强的紫外线B照射下，浮游生物的光合作用减弱了5%左右。增强的紫外线B还可以通过破坏水中的微生物来改变淡水生态系统，从而削弱水的自净能力。增强的紫外线B也能杀死幼鱼虾蟹。如果南极洋原有的浮游生物极度下降，海洋生物整体将发生巨大变化。然而，一些浮游生物对紫外线敏感，而另一些则不敏感。紫外线对不同生物DNA的损伤程度相差100倍。
严重阻碍了各种农作物和树木的正常生长。一些植物，如花生和小麦，对紫外线B有很好的抵抗力，而另一些植物，如生菜、西红柿、大豆和棉花，则非常敏感。美国马里兰大学农业生物技术中心的特伦莫拉用太阳能灯观察了6个大豆品种。结果表明，三个大豆品种对紫外线辐射极其敏感。具体来说，大豆叶片的光合强度下降，导致产量下降，同时大豆种植在蛋白质和含油量下降。大气臭氧层损失1%，大豆也将减产1%。
特雷莫拉还花了四年时间观察高剂量紫外线辐射对树木生长的影响。结果表明，木材积累量明显减少，根系生长也受到阻碍。
对全球气候的不利影响:平流层上部臭氧的大量减少以及平流层下部和对流层上部臭氧的相应增加可能对全球气候产生不利影响。臭氧的垂直再分布可能使低层大气变暖，加剧二氧化碳增加引起的温室效应。
光化学空气污染过量的紫外线使塑料等高分子材料容易老化分解，产生新的污染——光化学空气污染。
氧
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:O::O:
臭氧
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:O::O::O:
就是这样。
臭氧的电负性可以通过改变二氧化碳的电负性来获得:
....
:O::C::O:
但需要注意的是，臭氧和二氧化碳虽然电子相似，但分子结构不同。臭氧是线性的，二氧化碳是线性的。这个的解释需要大学无机化学的知识。
美国国家航空航天局科学家最近发现，地球南极上空的巨大臭氧洞在9月份发生了明显变化，从原来的漩涡形状变成了两头大中间小的“变形虫”形状。
虽然近两年臭氧空洞面积似乎在缩小，但科学家警告说，现在说臭氧层正在“修复和减少”还为时过早。包括纽曼在内的美国国家航空航天局臭氧专家说，大气温度的上升导致了臭氧洞的缩小。2000年，南极臭氧洞面积一度达到280万平方公里，相当于三个美洲大陆的面积。在2002年9月初，美国国家航空航天局的科学家们估计这个空洞缩小到了654.38+50万平方公里。
澳大利亚一个臭氧研究小组曾向世界报告了一个好消息:由于多年来环保措施的有效实施，南极洲上空的臭氧空洞正在缩小，预计到2050年这个“臭名昭著”的巨大空洞将被完全“填满”。
据报道，南极洲上空的臭氧洞一直是困扰全世界环保人士的问题之一。在最严重的时候，臭氧洞曾经有三个澳大利亚那么大。科学家发现，“吞噬”臭氧的元凶是大气中的氯氟烃——一种含氯、氟、碳的有机化合物(俗称“氟利昂”)。
为了防止臭氧层空洞进一步加剧，保护生态环境和人类健康，1990国家制定了《蒙特利尔议定书》，对含氯氟烃的排放做出了严格的限制。现在，环保组织多年来的不懈努力终于有了回报:臭氧回来了！澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的大气研究专家保罗·弗雷舍(Paul Frescher)兴奋地说，“这是一个大新闻。我们期待这一天很久了！”他说，尽管仍有许多因素影响臭氧洞的缩小进程，如温室效应和气候变化，“我们得出的结论是，在综合考虑所有因素后，南极洲上空的臭氧洞将在不到50年的时间内完全消失。”
据悉，自20世纪50年代以来，随着冰箱和空调(含氯氟烃的主要来源)的广泛使用，大气中含氯氟烃的含量逐年增加，2000年达到峰值。后来由于新型无氟冰箱的诞生，含氯氟烃的含量开始明显减少。
科学家发现土壤中的臭氧会抑制植物生长。
欧洲科学家联合研究发现，臭氧层是保护地表生物免受太阳紫外线伤害的天然屏障，但土壤中的臭氧却是植物生长的大敌，会抑制各种植物的生长，给农业生产带来巨大损失。
臭氧是一种自然产生的微量无色气体，在大气中具有特殊的气味。大部分臭氧存在于距地面约25公里的平流层，也就是人们通常所说的臭氧层。臭氧的数量经常随着纬度、季节和天气而变化。
法国研究人员表示，天空中的臭氧层可以吸收超过99%的太阳紫外线，为地球上的生命提供了天然的保护屏障，但当臭氧存在于土壤中时，则是严重的污染。最新研究结果表明，光照越强，土壤中臭氧造成的损失越大，特别是对农作物。
法国研究人员认为，土壤中臭氧含量增加的主要原因是石油产品等化石燃料在燃烧过程中产生氮氧化物。这些氮氧化物在空气中四处漂浮，其中一部分慢慢与空气中的氧气结合，形成由三个氧原子组成的臭氧。他们强调，阳光可以加速这种化学反应，因此土壤中的臭氧对不同气候的不同地区的植物生长有不同的影响。在水处理系统中，水箱、交换柱以及各种过滤器、膜、管道都会不断滋生繁殖细菌。尽管消毒和灭菌方法提供了去除细菌和微生物的能力，但是这些方法都不能去除多级水处理系统中的所有细菌和水溶性有机污染。目前，在高纯水系统中持续去除细菌和病毒的最佳方法是使用臭氧。
自1905以来，臭氧一直用于水处理。它优于用氯处理水，并且它可以去除水中的卤化物。这种方法在生活用水系统中的应用才刚刚起步。在国外，这种消毒方法已经非常普遍，因为臭氧不会产生有害残留物。
采用臭氧消毒，在用水点前安装紫外线灯，减少臭氧残留，是制药用水系统，尤其是纯化水系统常用的消毒方法之一。
(1)的化学性质和功效
臭氧(O3)是氧的同素异形体，是一种淡蓝色气体，有特殊气味。分子结构为三角形，键角为116，密度为氧的1.5倍，在水中的溶解度为氧的10倍。臭氧是一种强氧化剂，在水中的氧化还原电位为2.07V，仅次于氟(2.5V)，氧化能力高于氯气(1.36V)和二氧化氯(1.5V)。能破坏细菌的细胞壁，迅速扩散到细胞内，氧化葡萄糖氧化酶等。，是氧化细菌中葡萄糖所必需的，也可以直接与二氧化氯结合。它破坏细胞、核糖核酸(RNA)，分解脱氧核糖核酸(DNA)、RNA、蛋白质、脂类、多糖等大分子，破坏细菌的代谢和繁殖过程。臭氧杀死细菌是由于细胞膜破裂造成的。这个过程叫做细胞耗散，是细胞质在水中被挤压而产生的。在耗散的情况下，细胞不能再生。需要指出的是，与次氯酸类消毒剂不同，臭氧的杀菌能力不受PH值和氨气变化的影响，其杀菌能力比氯气大600-3000倍，杀菌消毒作用几乎是瞬间发生的。当水中臭氧浓度为0.3-2毫克/升时，可在0.5-1分钟内杀灭细菌。达到同样的杀菌效果(如大肠杆菌杀灭率达到99%)，臭氧水的用量仅为氯气的0.0048%。
臭氧对酵母和寄生虫也有活性，例如，它可用于清除以下类型的微生物和病毒。
①病毒证明臭氧对病毒有非常强的杀灭作用。例如，当臭氧浓度为0.05-0.45毫克/升时，波洛伊病毒会在2分钟内失去活性。
②浓度为0.3 mg/L的臭氧作用2.4min后，囊肿被完全清除..
③由于孢子衣的保护，孢子的耐臭氧性比生长中的细菌高10-15倍。
④可杀灭真菌白色念珠菌和青霉菌。
3min后杀死寄生虫曼氏血吸虫。
此外，臭氧还能氧化分解水中的污染物，在水处理中除异味、脱色、杀菌、除酚、除氰、除铁、除锰、降低COD、BOD等方面效果显著。
需要注意的是，臭氧虽然是一种强氧化剂，但其氧化能力是有选择性的，容易被氧化的物质，如乙醇，不容易与臭氧发生反应。
(2)臭氧的出现和常见浓度
臭氧的半衰期只有30-60分钟。因为不稳定，容易分解，不能作为一般产品储存，需要现场制造。空气制成的臭氧浓度一般为10-20毫克/升，氧气制成的浓度为20-40毫克/升..含1%-4%(质量比)臭氧的空气可用于水的消毒。
产生臭氧的方法是以干燥空气或干燥氧气为原料，通过放电法获得。另一种产生臭氧的方法是电解，将水电解成氧气，然后将游离的氧气转化成臭氧。
电解系统生产臭氧的主要优点是:
①无离子污染；
②待消毒的水是产生臭氧的原料，所以没有来自系统外的其他污染；
(3)臭氧在处理过程中溶解，即臭氧处理可以用较少的设备进行。
如果加压，可以产生更高浓度的臭氧。
(3)残留臭氧去除方法
经臭氧消毒的水投入药品生产前，应去除水中残留(过量)的臭氧，以免影响产品质量。一般情况下，臭氧的残留量应控制在0.0005-0.5毫克/升/升以下..理论上，去除或减少臭氧残留的方法有活性炭过滤、催化转化、热损伤、紫外线照射等。然而，制药技术中最广泛使用的方法只有基于催化分解的紫外线法。具体方法是在管道系统的第一个用水点前安装紫外线杀菌器，在开始用水或生产前打开紫外线灯。晚上或者周末不生产的时候，可以把紫外线关掉。一般消除1mg/L臭氧残留所需的紫外线辐射量为90000？瓦特/平方厘米.
(4)注意事项
臭氧最适用于水质和用水量稳定的系统，臭氧量发生变化时要及时调整。在实际生产中，很难及时调整。
另一个需要考虑的问题是水中有机物的含量。当水的浊度小于5mg/L时，对臭氧消毒杀菌作用不大，浊度增大，影响消毒效果。有机物含量高的话，臭氧的消耗会增加，消毒能力会降低，因为臭氧会先消耗在有机物上，而不是杀死细菌。因此，国外制药公司在制药用水系统中增加了总机碳(TOC)的监测项目。不幸的是，严重污染的水经过臭氧处理后，有机大分子会闯入微生物代谢的营养源。因此，如果不维持管网中的臭氧浓度，污泥就会增加，水质就会恶化。
在许多方面，臭氧和氯作为消毒剂具有互补的优势。臭氧能快速杀菌灭活病毒，一般对气味、味道、色度都有很好的效果。而氯气则具有持久、灵活、可控的杀菌效果，可以在管网系统中持续使用。因此，臭氧和氯的组合似乎是最理想的消毒水系统的方法。