與臭氧的愛恨情仇
大氣層中的臭氧層對地球生命的保護作用現已眾所周知--它吸收了太陽發出的絕大部分紫外線，保護動植物免受紫外線的傷害。為了彌補臭氧層變薄甚至出現空洞，人們想盡壹切辦法，比如推廣使用無氟制冷劑，以減少氟利昂等物質對臭氧的破壞。國際保護臭氧層日就是為此而設立的。由此給人的印象似乎是受保護的臭氧應該越多越好，其實不然，如果大氣中的臭氧特別是近地面大氣中的臭氧聚集過多，對於人類來說臭氧濃度過高反而是壹種禍害。
臭氧是地球大氣中的壹種微量氣體，它是由於大氣中的氧分子受太陽輻射分解成氧原子，氧原子又與周圍的氧分子結合形成3個氧原子。大氣中 90% 以上的臭氧存在於距地面 10 至 50 千米的高層大氣或平流層中，這就是需要人類保護的大氣臭氧層。還有少量臭氧分子在地面附近徘徊，它們仍然可以起到阻擋紫外線的作用。但是，近年來人們發現，近地面大氣中的臭氧濃度在迅速增加，這可不是什麽好事。
這些臭氧從何而來？和鉛汙染、硫化物壹樣，它源於人類活動，汽車、燃料和石油化工產品是臭氧汙染的重要來源。走在車水馬龍的大街上，經常會看到空氣中略帶淺褐色，並散發著刺鼻的刺激性氣味，這就是通常所說的光化學煙霧。臭氧是光化學煙霧的主要成分，它不是直接排放出來的，而是轉化而來的，比如汽車排放的氮氧化物，只要有陽光輻射和適宜的氣象條件就能生成臭氧。隨著汽車和工業廢氣排放的增加，地面臭氧汙染已成為歐洲、北美、日本和中國許多城市的普遍現象。根據專家目前掌握的資料估計，到 2005 年，近地面大氣臭氧層將成為影響華北地區空氣質量的主要汙染物。
研究表明，空氣中的臭氧濃度在 0.012 ppm（許多城市的典型水平）時，會使人皮膚刺痛，眼睛、鼻咽和呼吸道受刺激，肺功能受到影響，出現咳嗽、氣短、胸痛等癥狀；當空氣中的臭氧濃度提高到 0.05 ppm 時，入院人數平均上升 7%-10%。究其原因，臭氧作為壹種強氧化劑，幾乎可以與任何生物組織發生反應。當臭氧被吸入呼吸道後，會迅速與呼吸道中的細胞、體液和組織發生反應，導致肺功能下降和組織損傷。臭氧對哮喘、肺氣腫和慢性支氣管炎患者的危害更為明顯。
就其本質而言，臭氧既有益處，也有害處；它既是上帝賜予人類的保護傘，有時也是壹種烈性毒藥。目前，對於臭氧的積極作用以及人類應該采取哪些措施來保護臭氧層，人們已經達到了***的認識，並做了大量的工作。然而，對於臭氧層的負面效應，雖然人們已經認識到，但目前除了大氣監測和空氣汙染預報外，還沒有真正切實可行的辦法來解決。
臭氧殺菌的原理可以認為是壹種氧化反應。
（1）臭氧滅活細菌的機理：
臭氧滅活細菌總是進行得很快。與其他殺菌劑不同的是：臭氧能與細菌細胞壁脂質雙鍵發生反應，滲入細菌體內，作用於蛋白質和脂多糖，改變細胞的通透性，從而導致細菌死亡。臭氧還能作用於細胞中的核物質，如核酸中的嘌呤和嘧啶，破壞 DNA。
（2）臭氧滅活病毒的機理：
臭氧對病毒的作用，首先是病毒的病毒帽蛋白的四條多肽鏈，對RNA，特別是對構成RNA的蛋白質造成破壞。噬菌體被臭氧氧化後，電子顯微鏡觀察顯示，它的表皮被分解成許多碎片，從中釋放出大量核糖核酸，幹擾了它對宿主身體的吸附。
臭氧殺菌的徹底性毋庸置疑。
破壞臭氧層，危害我們每個人。
紫外線對人體健康的影響是多方面的。人體會出現曬斑、眼病、免疫系統變化、光損傷反應和皮膚病（包括皮膚癌）等。皮膚癌是壹種頑疾，紫外線的增長會增加患上這種疾病的風險。紫外線光子具有足夠的能量來破壞雙鍵。短波和中波紫外線能穿透皮膚深層，引起皮膚發炎，破壞人體的遺傳物質 DNA（脫氧核糖核酸），使正常生長的細胞蛻變成癌細胞，並繼續生長成整個皮膚癌。也有人說，太陽光會穿透皮膚表層。紫外線輻射會轟擊皮膚細胞核中 DNA 的基本單元，導致許多單元溶解成無用的碎片。這些缺陷的修復過程可能會變得異常，從而導致癌癥。流行病學證實，工廠非黑色素瘤皮膚癌的發病率與日曬密切相關。各種皮膚的人都有患非黑色素瘤皮膚癌的風險，但淺色皮膚的人發病率更高。動物實驗發現，在紫外線中，紫外線 B 波段是致癌作用最強的波段。
據估計，臭氧總量每減少 1%（即紫外線 B 增強 2%），基底細胞癌變率就會增加約 4%。最近的研究發現，紫外線 B 可引起免疫系統功能的變化。壹些實驗結果表明，傳染性皮膚病也可能與臭氧減少導致紫外線 B 增強有關。據估計，臭氧總量每減少 1%，皮膚癌的發病率將增加 5%-7%，白內障的發病率將增加 0.2%-0.6%。自 1983 年以來，加拿大的皮膚癌發病率增加了 235%，1991 年皮膚病患者已高達 470 萬。美國環境保護局稱，美國未來 50 年死於皮膚癌的人數，將比過去預計增加 20 萬人。澳大利亞人喜歡日光浴，喜歡曬黑皮膚。盡管科學家壹再警告說，暴曬會導致皮膚癌，但他們還是樂此不疲。結果，直到皮膚癌的發病率比世界上其他地方高出壹倍時，澳大利亞人才醒悟過來。現在，皮膚癌占全世界癌癥總數的三分之壹。
聯合國環境規劃署警告說，如果地球的臭氧層繼續以目前的速度消耗和變薄，到2000年，全世界患皮膚癌的人數將增加26%，達到30萬人；如果到下個世紀初，臭氧層繼續以目前的速度消耗和變薄，患皮膚癌的人數將增加26%，達到30萬人。如果臭氧層在下個世紀初再減少10%，那麽全世界每年患白內障的人數將達到160萬至175萬。
紫外線還可能誘發麻疹、水痘、瘧疾、疤痕、真菌病、肺結核、麻風病和淋巴瘤。
紫外線的增加還會導致海洋浮遊生物和蝦、蟹幼蟲以及貝類大量死亡，導致某些生物滅絕。紫外線輻射還會導致兔子近視和成千上萬只羊失明。
紫外線 B 會削弱光合作用 根據在非洲沿岸進行的實驗推測，紫外線 B 輻射增強後，浮遊生物的光合作用會減弱約 5%。增強的紫外線 B 還會破壞水中的微生物，從而降低水的自凈能力，從而導致淡水生態系統發生變化。增強的紫外線-B 還會殺死幼魚、蝦和蟹。如果南極海洋中原有浮遊生物極度減少，整個海洋生物將發生巨大變化。然而，有些浮遊生物對紫外線敏感，有些則不敏感。紫外線對不同生物 DNA 的破壞程度相差 100 倍。
嚴重阻礙各種農作物和樹木的正常生長 有些植物，如花生和小麥，對紫外線 B 的防護能力較強，而有些植物，如萵苣、西紅柿、大豆和棉花則很敏感。美國馬裏蘭大學農業生物技術中心的特倫莫拉用太陽燈對 6 個大豆品種進行了觀察實驗，結果表明，其中 3 個大豆品種對紫外線輻射極為敏感。具體表現為，大豆葉片光合作用強度降低，導致產量減少，還會使大豆籽粒中蛋白質和油脂含量下降。大氣臭氧層損失 1%，大豆產量也將減少 1%。
Tremora還花了四年時間觀察高劑量紫外線輻射對樹木生長的影響。結果顯示，樹木的木質積累明顯減少，根系生長也因此受阻。
對全球氣候的不利破壞作用 平流層上層臭氧的大量減少以及與之相關的平流層下層和對流層上層臭氧的增加可能會對全球氣候產生不利的破壞作用。臭氧的垂直再分布可能會使低層大氣變暖，並加劇二氧化碳含量增加所造成的溫室效應。
光化學空氣汙染 過量的紫外線會使塑料等高分子材料容易老化和分解，從而產生壹種新型汙染--光化學空氣汙染。
氧氣
...
:O::O：
臭氧
...
:O::O::O：
就是這樣。
在二氧化碳的電子式上改變壹下，就可以得到臭氧的電子式：
......
:O::C::O：
但請註意：臭氧和二氧化碳雖然電子式相似，但分子結構不同。臭氧是折疊的，而二氧化碳是直的。對此的解釋需要大學無機化學知識。
美國國家航空航天局（NASA）的科學家最近發現，地球南極上空的巨大臭氧洞在九月份發生了顯著變化，從漩渦狀變成了兩頭大、中間小的 "變形蟲 "形狀。
雖然臭氧洞在過去兩年裏似乎縮小了，但科學家們警告說，說臭氧層正在 "自我修復 "還為時過早。美國國家航空航天局（NASA）的臭氧專家保羅-紐曼（Paul Newman）說，大氣層溫度的上升導致了臭氧洞的縮小。2000年，南極洲的臭氧洞面積曾壹度達到280萬平方公裏，相當於三個美國大陸的面積；2002年9月初，美國航天局的科學家估計，臭氧洞面積縮小到了150萬平方公裏。
澳大利亞的壹個臭氧研究小組向全世界報告了壹個好消息：由於多年來環保措施的有效實施，南極上空的臭氧空洞正在縮小，預計到2050年，這個 "臭名昭著 "的巨大空洞可以被完全 "填滿"。
根據報告，預計到2050年，這個空洞將被完全 "填滿"。
據報道，南極上空的臭氧洞壹直是困擾全球環保人士的問題之壹。最嚴重時，臭氧洞曾有三個澳大利亞那麽大。科學家發現，臭氧洞的罪魁禍首是大氣中的氯氟碳化合物（CFCs），這是壹種含有氯、氟和碳的有機化合物（俗稱 "氟利昂"）。").
為了防止臭氧空洞的進壹步惡化，保護生態環境和人類健康，1990年，各國制定了《蒙特利爾議定書》，對氟氯化碳的排放做出了嚴格的限制。現在，環保組織多年來的不懈努力終於有了回報：臭氧又回來了！澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的大氣研究專家保羅-弗雷澤（Paul Fraser）感嘆道："這是個大新聞。我們期待這壹天已經很久了！"他說，雖然影響臭氧空洞縮小進程的因素還有很多，比如溫室效應、氣候變化等，但 "我們把所有因素綜合起來後得出了這樣的結論：南極上空的臭氧空洞將在50年以內完全消失"。
據介紹，從20世紀50年代開始，隨著冰箱和空調（HCFC的主要生產源）的大量普及，大氣中的HCFC含量逐年增加，到2000年達到頂峰。後來，由於新型無氟冰箱的出現，HCFC 的含量才開始大幅下降。
科學家發現土壤中的臭氧會抑制植物生長
歐洲科學家的壹項聯合研究發現，臭氧層是保護地表生物免受太陽紫外線有害影響的天然屏障，但土壤中的臭氧卻是植物生長的大敵，會抑制多種植物的生長，給農業生產造成重大損失。
臭氧是壹種天然存在於大氣中的無色有特殊氣味的微量氣體，絕大部分臭氧存在於距地面約 25 公裏的平流層中，也就是人們常說的臭氧層。臭氧量往往隨緯度、季節和天氣等因素而變化。
法國研究人員說，天空中的臭氧層能吸收99%以上的太陽紫外線，為地球上的生命提供了天然的保護屏障，而臭氧存在於土壤中則是壹種嚴重的汙染物。最新研究表明，光照越強，臭氧在土壤中造成的損害就越大，尤其是對農作物。
法國研究人員認為，土壤中臭氧含量增加的主要原因是石油產品等化石燃料在燃燒過程中會產生氮氧化物，這些氮氧化物漂浮在空氣中，其中壹些氧原子慢慢與空氣中的氧氣結合，構成了由三個氧原子組成的臭氧。他們強調，陽光會加速這種化學反應，因此土壤中的臭氧會對不同氣候地區的植物生長產生不同程度的影響。在水處理系統中，水箱、交換柱以及各種過濾器、膜和管道都在不斷地滋生和繁殖細菌。雖然所有的消毒和滅菌方法都能去除細菌和微生物，但這些方法都無法去除多級水處理系統中的所有細菌和水溶性有機汙染物。目前，在高純水系統中持續去除細菌和病毒的最佳方法是臭氧。
臭氧自 1905 年以來壹直用於水處理。它比用氯處理水更有效，並能去除水中的鹵化物。這種方法在家用供水系統中的應用剛剛起步。在國外，由於臭氧不會產生有害殘留物，這種消毒方法已經非常普遍。
使用臭氧消毒，並在取水點前安裝紫外線燈以減少臭氧殘留，是制藥用水系統（尤其是純凈水系統）常用的消毒方法之壹。
（1）化學性質和功效
臭氧（O3）是氧的同素異形體，是壹種具有特殊氣味的淡藍色氣體。分子結構呈三角形，鍵角為 116°。其密度是氧氣的 1.5 倍，在水中的溶解度是氧氣的 10 倍。臭氧是壹種強氧化劑，它在水中的氧化還原電位為 2.07V，僅次於氟（2.5V），其氧化能力高於氯（1.36V）和二氧化氯（1.5V），能破壞分解細菌的細胞壁，迅速擴散到細胞內，氧化分解細菌體內必須的葡萄糖氧化酶等，還能直接與細菌、病毒作用。破壞細胞的核糖核酸（RNA），分解脫氧核糖核酸（DNA）、RNA、蛋白質、脂類和多糖等大分子聚合物，使細菌的新陳代謝和繁殖過程遭到破壞。細菌被臭氧殺死的原因是細胞膜破裂，這壹過程被稱為細胞消散，是由於細胞質在水中被擠壓造成的，而且在消散的條件下細胞不可能再生。需要註意的是，與次氯酸鹽消毒劑不同，臭氧的殺菌能力不受 pH 值和氨氮變化的影響，其殺菌能力是氯的 600-3000 倍，而且其殺菌消毒效果幾乎是瞬時的，在水中臭氧濃度為 0.3-2mg/L 時，0.5-1min 就能將細菌殺死。要達到同樣的殺菌效果（如對大腸桿菌的殺滅率達 99%）所需的臭氧水藥劑量僅為氯的 0.0048%。
臭氧對酵母菌和寄生生物也有活性，例如，它可用於清除以下類型的微生物和病毒。
①病毒 研究表明，臭氧對病毒有很強的殺滅作用，例如，當臭氧濃度為 0.05-0.45mg/L 時，波羅伊病毒在 2 分鐘內就會被滅活。臭氧濃度為 0.05-0.45mg/L 時，可用於去除病毒，但無法去除病毒。
②臭氧濃度為 0.3mg/L 時，孢囊在 2.4min 內被完全清除。
③孢子 由於孢子衣的保護作用，它對臭氧的抵抗力是生長態細菌的 10-15 倍。
④真菌 白色念珠菌和青黴可被殺死。
⑤寄生生物曼氏血吸蟲在 3 分鐘後被殺死。
此外，臭氧還能氧化分解水中的汙染物，在水處理中除臭、脫色、殺菌、除酚、除氰、除鐵、除錳、降低 COD、BOD 等方面效果顯著。
需要註意的是，臭氧雖然是強氧化劑，但其氧化能力是有選擇性的，如乙醇等易被氧化的物質就不易與臭氧作用。
（2）臭氧的產生和常用濃度
臭氧的半衰期只有 30-60min。由於它不穩定，易分解，不能作為壹般產品儲存，所以需要現場制取。用空氣制取臭氧的濃度壹般為 10-20mg/L，用氧氣制取臭氧的濃度為 20-40mg/L。含 1%-4%（質量比）臭氧的空氣可用於水消毒。
產生臭氧的方法是以幹燥空氣或幹燥氧氣為原料，通過放電法產生臭氧。另壹種生產臭氧的方法是電解法，通過電解把水變成元素氧，再把其中的遊離氧變成臭氧。
使用電解系統生產臭氧的主要優點是：
① 沒有離子汙染；
② 需要消毒的水是生產臭氧的原料，因此沒有來自系統外部的其他汙染；
③ 臭氧在處理過程中的壽命是溶解的，即可以用較少的設備進行臭氧處理。
如果在加壓條件下，可以產生更高濃度的臭氧。
（3）殘留臭氧去除法
經臭氧消毒處理後的水在投入藥品生產前應將殘留（過量）的臭氧去除，以免影響產品質量。臭氧殘留量壹般應控制在 0.0005-0.5mg/L 以下。臭氧殘留物應從水中去除，以免影響產品質量。從理論上講，去除或減少臭氧殘留的方法包括活性炭過濾、催化轉化、熱破壞、紫外線輻射等。然而，在制藥過程中應用最廣泛的只有基於催化分解的紫外線法。具體做法是在管道系統的第壹個用水點前安裝壹臺紫外線殺菌器，當開始用水或生產前，打開紫外線燈即可。夜間或周末沒有生產時，可關閉紫外線燈。壹般消除 1mg/L 臭氧殘留量所需的紫外線照射量為 90,000?W-s/cm2 。
（4）註意事項
臭氧最適用於水質和用水量相對穩定的系統，當其發生變化時應及時調整臭氧量。在實際生產中，及時調整有些困難。
另壹個需要考慮的問題是水中有機物的含量，當水中濁度小於5mg/L時，臭氧的殺菌效果微乎其微，濁度增大，影響消毒效果。如果有機物含量很高，臭氧的消耗量就會上升，其消毒能力就會降低，因為臭氧會首先消耗在有機物中，而不是殺死細菌。因此，國外制藥行業在制藥用水系統中增加了總有機碳（TOC）監測項目。但壞消息是，臭氧處理重度有機物汙染的進水後，大分子有機物會分解成微生物代謝的營養源，因此，如果不保持管網中的臭氧濃度，又會使汙泥增加，進而使水質惡化。
在許多方面，臭氧和氯作為消毒劑，它們的優勢是互補的。臭氧具有快速殺菌和滅活病毒的作用，對於去除氣味、味道和顏色，壹般都有很好的效果。而氯氣的殺菌效果持久、靈活、可控，可以在管網系統中連續使用。所以臭氧和氯氣結合使用，似乎是最理想的水系統消毒方式。