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臭氧
愛恨情仇談臭氧
大氣層中的臭氧層對地球上生命的保護作用現在已廣為人知——它吸收了太陽釋放的大部分紫外線，保護動物和植物免受這種射線的傷害。為了彌補日益稀薄的臭氧層甚至臭氧層空洞，人們想盡辦法，比如推廣使用無氟制冷劑，減少氟利昂等物質對臭氧的破壞。世界還設立了壹個保護臭氧層的國際日。這給人們的印象是，保護的臭氧越多越好。事實上，並非如此。如果大氣中，尤其是近地面大氣中的臭氧積累過多，臭氧濃度過高對人類來說將是壹場災難。
臭氧是地球大氣中的微量氣體，是大氣中的氧分子被太陽輻射分解成氧原子，然後氧原子與周圍的氧分子結合形成的，含有三個氧原子。大氣中90%以上的臭氧存在於大氣層上部或平流層，距離地面10 ~ 50公裏。這是需要人類保護的大氣臭氧層。近地面仍有少量臭氧分子盤旋，對阻擋紫外線仍能起到壹定作用。但近年來發現，近地面大氣中的臭氧濃度有快速上升的趨勢，這並不好。
臭氧是從哪裏來的？和鉛汙染、硫化物壹樣，也來源於人類活動，汽車、燃料、石化是臭氧汙染的重要來源。走在繁華的街道上，我們經常會看到空氣略帶淺棕色，有壹股刺鼻的味道，這就是俗稱的光化學煙霧。臭氧是光化學煙霧的主要成分。它不是直接發射的，而是轉換的。比如汽車排放的氮氧化物，只要受到陽光照射，在適宜的氣象條件下，就能產生臭氧。隨著汽車和工業排放的增加，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數據，預計到2005年，近地表大氣中的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，當空氣中的臭氧濃度處於0.012ppm的水平時，這也是許多城市的典型水平，它會導致人的皮膚瘙癢，眼睛，鼻咽和呼吸道受到刺激，肺功能會受到影響，引起咳嗽，氣短和胸痛等癥狀。空氣中臭氧水平上升至0.05ppm，住院人數平均上升7% ~ 10%。原因是，作為壹種強氧化劑，臭氧幾乎可以與任何生物組織發生反應。臭氧被吸入呼吸道後，會迅速與呼吸道內的細胞、液體和組織發生反應，導致肺功能減弱和組織損傷。對於患有哮喘、肺氣腫、慢性支氣管炎的人來說，臭氧的危害更為明顯。
從臭氧的性質來說，它既能幫助人，也能危害人。它不僅是來自天堂和人類的保護傘，有時它像壹種兇猛的毒藥。目前，人們對臭氧的積極作用以及人類應該采取什麽措施來保護臭氧層已經有了* * *的認識，並進行了大量的工作。然而，盡管人們已經知道臭氧層的負面影響，但除了大氣監測和空氣汙染預測之外，並沒有真正可行的方法來解決它。
臭氧消毒的原理可以認為是壹種氧化反應。
(1)臭氧對細菌的滅活機理:
臭氧對細菌的滅活總是進行得很快。與其他殺菌劑不同的是，臭氧可以與細菌細胞壁的脂質雙鍵發生反應，滲透到細菌內部，作用於蛋白質和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細菌死亡。臭氧還作用於細胞中的核物質，如核酸中的嘌呤和嘧啶，以破壞DNA。
(2)臭氧對病毒的滅活機理:
臭氧對病毒的作用首先是病毒衣殼蛋白的四條多肽鏈，RNA被破壞，尤其是形成它的蛋白質。噬菌體經臭氧氧化後，電鏡觀察其表皮破碎成許多碎片，從中釋放出許多核糖核酸，幹擾其對沈積物的吸附。
臭氧殺菌的徹底性毋庸置疑。
破壞臭氧層，危及我們每壹個人。
紫外線在許多方面影響人體健康。人體會出現曬傷、眼疾、免疫系統變化、光線變化和皮膚病(包括皮膚癌)。皮膚癌是壹種頑固的疾病，紫外線的增加會增加患這種疾病的風險。紫外光子有足夠的能量打破雙鍵。中短波紫外線能深入人體皮膚，引起人體皮膚炎癥，破壞人體遺傳物質DNA(脫氧核糖核酸)，使正常生長的細胞轉化為癌細胞，繼續生長成壹整塊皮膚癌。也有人說陽光穿透皮膚表層。紫外線輻射轟擊皮膚細胞核中的DNA基本單位，將許多單位融化成無用的片段。這些缺陷的修復過程可能會異常，從而導致癌癥。流行病學證實，工廠中非黑色素瘤皮膚癌的發病率與日曬密切相關。所有類型皮膚的人都有可能患非黑色素瘤皮膚癌，但淺色皮膚的人發病率更高。動物實驗發現，紫外線B波長區是致癌作用最強的波長區。
預計臭氧總量減少1%(即紫外線B增強2%)，基礎細胞癌變率增加4%左右。最近的研究發現，紫外線B可以改變免疫系統的功能。壹些實驗結果表明，感染性皮膚病也可能與臭氧減少引起的紫外線B增強有關。預計臭氧總量減少1%，皮膚癌發病率增加5%-7%，白內障患者增加0.2%-0.6%。從1983開始，加拿大的皮膚癌發病率上升了235%，1991年的皮膚病患者達到了47000人。美國環保局局長表示，未來50年美國死於皮膚癌的人數將比之前的預測增加20萬人。澳大利亞人喜歡日光浴，把皮膚曬黑。盡管科學家壹再警告說，更多的陽光照射會導致皮膚癌，但他們仍然喜歡深色皮膚。結果直到澳洲皮膚癌發病率比世界其他地方高1倍，人們才醒悟過來。世界上患皮膚癌的人已占癌癥患者總數的1/3。
聯合國環境規劃署警告說，如果地球臭氧層繼續以目前的速度減少和變薄，到2000年，全世界皮膚癌的比例將增加26%，達到30萬人。如果下世紀初臭氧層減少10%，全球每年患白內障的人數可能達到1.6萬-1.75萬。
暴露在紫外線下也可能誘發麻疹、水痘、瘧疾、瘡痂、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、蝦蟹幼體、貝類大量死亡，導致部分生物滅絕。紫外線輻射的結果是，成群的兔子會患近視，成千上萬的羊會失明。
紫外線B減弱光平臺功能根據非洲沿海地區的實驗，推測在增強的紫外線B照射下，浮遊生物的光合作用減弱了5%左右。增強的紫外線B還可以通過破壞水中的微生物來改變淡水生態系統，從而削弱水的自凈能力。增強的紫外線B也能殺死幼魚蝦蟹。如果南極洋原有的浮遊生物極度下降，海洋生物整體將發生巨大變化。然而，壹些浮遊生物對紫外線敏感，而另壹些則不敏感。紫外線對不同生物DNA的損傷程度相差100倍。
嚴重阻礙了各種農作物和樹木的正常生長。壹些植物，如花生和小麥，對紫外線B有很好的抵抗力，而另壹些植物，如生菜、西紅柿、大豆和棉花，則非常敏感。美國馬裏蘭大學農業生物技術中心的特倫莫拉用太陽能燈觀察了6個大豆品種。結果表明，三個大豆品種對紫外線輻射極其敏感。具體來說，大豆葉片的光合強度下降，導致產量下降，同時大豆種植在蛋白質和含油量下降。大氣臭氧層損失1%，大豆也將減產1%。
特雷莫拉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。結果表明，木材積累量明顯減少，根系生長也受到阻礙。
對全球氣候的不利影響:平流層上部臭氧的大量減少以及平流層下部和對流層上部臭氧的相應增加可能對全球氣候產生不利影響。臭氧的垂直再分布可能使低層大氣變暖，加劇二氧化碳增加引起的溫室效應。
光化學空氣汙染過量的紫外線使塑料等高分子材料容易老化分解，產生新的汙染——光化學空氣汙染。
氧
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臭氧
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就是這樣。
臭氧的電負性可以通過改變二氧化碳的電負性來獲得:
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但需要註意的是，臭氧和二氧化碳雖然電子相似，但分子結構不同。臭氧是線性的，二氧化碳是線性的。這個的解釋需要大學無機化學的知識。
美國國家航空航天局科學家最近發現，地球南極上空的巨大臭氧洞在9月份發生了明顯變化，從原來的漩渦形狀變成了兩頭大中間小的“變形蟲”形狀。
雖然近兩年臭氧空洞面積似乎在縮小，但科學家警告說，現在說臭氧層正在“修復和減少”還為時過早。包括紐曼在內的美國國家航空航天局臭氧專家表示，大氣溫度的上升導致了臭氧洞的縮小。2000年，南極臭氧洞面積壹度達到280萬平方公裏，相當於三個美洲大陸的面積。在2002年9月初，美國國家航空航天局的科學家們估計這個空洞縮小到了654.38+50萬平方公裏。
澳大利亞壹個臭氧研究小組曾向世界報告了壹個好消息:由於多年來環保措施的有效實施，南極洲上空的臭氧空洞正在縮小，預計到2050年這個“臭名昭著”的巨大空洞將被完全“填滿”。
據報道，南極洲上空的臭氧洞壹直是困擾全世界環保人士的問題之壹。在最嚴重的時候，臭氧洞曾經有三個澳大利亞那麽大。科學家發現，“吞噬”臭氧的元兇是大氣中的氯氟烴——壹種含氯、氟、碳的有機化合物(俗稱“氟利昂”)。
為了防止臭氧層空洞進壹步加劇，保護生態環境和人類健康，1990國家制定了《蒙特利爾議定書》，對含氯氟烴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·弗雷舍(Paul Frescher)興奮地說，“這是壹個大新聞。我們期待這壹天很久了！”他說，盡管仍有許多因素影響臭氧洞的縮小進程，如溫室效應和氣候變化，“我們得出的結論是，在綜合考慮所有因素後，南極洲上空的臭氧洞將在不到50年的時間內完全消失。”
據悉，自20世紀50年代以來，隨著冰箱和空調(含氯氟烴的主要來源)的廣泛使用，大氣中含氯氟烴的含量逐年增加，2000年達到峰值。後來由於新型無氟冰箱的誕生，含氯氟烴的含量開始明顯減少。
科學家發現土壤中的臭氧會抑制植物生長。
歐洲科學家聯合研究發現，臭氧層是保護地表生物免受太陽紫外線傷害的天然屏障，但土壤中的臭氧卻是植物生長的大敵，會抑制各種植物的生長，給農業生產帶來巨大損失。
臭氧是壹種自然產生的微量無色氣體，在大氣中具有特殊的氣味。大部分臭氧存在於距地面約25公裏的平流層，也就是人們通常所說的臭氧層。臭氧的數量經常隨著緯度、季節和天氣而變化。
法國研究人員表示，天空中的臭氧層可以吸收超過99%的太陽紫外線，為地球上的生命提供了天然的保護屏障，但當臭氧存在於土壤中時，則是嚴重的汙染。最新研究結果表明，光照越強，土壤中臭氧造成的損失越大，特別是對農作物。
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產生氮氧化物。這些氮氧化物在空氣中四處漂浮，其中壹部分慢慢與空氣中的氧氣結合，形成由三個氧原子組成的臭氧。他們強調，陽光可以加速這種化學反應，因此土壤中的臭氧對不同氣候的不同地區的植物生長有不同的影響。在水處理系統中，水箱、交換柱以及各種過濾器、膜、管道都會不斷滋生繁殖細菌。盡管消毒和滅菌方法提供了去除細菌和微生物的能力，但是這些方法都不能去除多級水處理系統中的所有細菌和水溶性有機汙染。目前，在高純水系統中持續去除細菌和病毒的最佳方法是使用臭氧。
自1905以來，臭氧壹直用於水處理。它優於用氯處理水，並且它可以去除水中的鹵化物。這種方法在生活用水系統中的應用才剛剛起步。在國外，這種消毒方法已經非常普遍，因為臭氧不會產生有害殘留物。
采用臭氧消毒，在用水點前安裝紫外線燈，減少臭氧殘留，是制藥用水系統，尤其是純化水系統常用的消毒方法之壹。
(1)的化學性質和功效
臭氧(O3)是氧的同素異形體，是壹種淡藍色氣體，有特殊氣味。分子結構為三角形，鍵角為116，密度為氧的1.5倍，在水中的溶解度為氧的10倍。臭氧是壹種強氧化劑，在水中的氧化還原電位為2.07V，僅次於氟(2.5V)，氧化能力高於氯氣(1.36V)和二氧化氯(1.5V)。能破壞細菌的細胞壁，迅速擴散到細胞內，氧化葡萄糖氧化酶等。，是氧化細菌中葡萄糖所必需的，也可以直接與二氧化氯結合。它破壞細胞、核糖核酸(RNA)，分解脫氧核糖核酸(DNA)、RNA、蛋白質、脂類、多糖等大分子，破壞細菌的代謝和繁殖過程。臭氧殺死細菌是由於細胞膜破裂造成的。這個過程叫做細胞耗散，是細胞質在水中被擠壓而產生的。在耗散的情況下，細胞不能再生。需要指出的是，與次氯酸類消毒劑不同，臭氧的殺菌能力不受PH值和氨氣變化的影響，其殺菌能力比氯氣大600-3000倍，殺菌消毒作用幾乎是瞬間發生的。當水中臭氧濃度為0.3-2毫克/升時，可在0.5-1分鐘內殺滅細菌。達到同樣的殺菌效果(如大腸桿菌殺滅率達到99%)，臭氧水的用量僅為氯氣的0.0048%。
臭氧對酵母和寄生蟲也有活性，例如，它可用於清除以下類型的微生物和病毒。
①病毒證明臭氧對病毒有非常強的殺滅作用。例如，當臭氧濃度為0.05-0.45毫克/升時，波洛伊病毒會在2分鐘內失去活性。
②濃度為0.3 mg/L的臭氧作用2.4min後，囊腫被完全清除..
③由於孢子衣的保護，孢子的耐臭氧性比生長中的細菌高10-15倍。
④可殺滅真菌白色念珠菌和青黴菌。
3min後殺死寄生蟲曼氏血吸蟲。
此外，臭氧還能氧化分解水中的汙染物，在水處理中除異味、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，臭氧雖然是壹種強氧化劑，但其氧化能力是有選擇性的，容易被氧化的物質，如乙醇，不容易與臭氧發生反應。
(2)臭氧的出現和常見濃度
臭氧的半衰期只有30-60分鐘。因為不穩定，容易分解，不能作為壹般產品儲存，需要現場制造。空氣制成的臭氧濃度壹般為10-20毫克/升，氧氣制成的濃度為20-40毫克/升..含1%-4%(質量比)臭氧的空氣可用於水的消毒。
產生臭氧的方法是以幹燥空氣或幹燥氧氣為原料，通過放電法獲得。另壹種產生臭氧的方法是電解，將水電解成氧氣，然後將遊離的氧氣轉化成臭氧。
電解系統生產臭氧的主要優點是:
①無離子汙染；
②待消毒的水是產生臭氧的原料，所以沒有來自系統外的其他汙染；
(3)臭氧在處理過程中溶解，即臭氧處理可以用較少的設備進行。
如果加壓，可以產生更高濃度的臭氧。
(3)殘留臭氧去除方法
經臭氧消毒的水投入藥品生產前，應去除水中殘留(過量)的臭氧，以免影響產品質量。壹般情況下，臭氧的殘留量應控制在0.0005-0.5毫克/升/升以下..理論上，去除或減少臭氧殘留的方法有活性炭過濾、催化轉化、熱損傷、紫外線照射等。然而，制藥技術中最廣泛使用的方法只有基於催化分解的紫外線法。具體方法是在管道系統的第壹個用水點前安裝紫外線殺菌器，在開始用水或生產前打開紫外線燈。晚上或者周末不生產的時候，可以把紫外線關掉。壹般消除1mg/L臭氧殘留所需的紫外線輻射量為90000？瓦特/平方厘米.
(4)註意事項
臭氧最適用於水質和用水量穩定的系統，臭氧量發生變化時要及時調整。在實際生產中，很難及時調整。
另壹個需要考慮的問題是水中有機物的含量。當水的濁度小於5mg/L時，對臭氧消毒殺菌作用不大，濁度增大，影響消毒效果。有機物含量高的話，臭氧的消耗會增加，消毒能力會降低，因為臭氧會先消耗在有機物上，而不是殺死細菌。因此，國外制藥公司在制藥用水系統中增加了總機碳(TOC)的監測項目。不幸的是，嚴重汙染的水經過臭氧處理後，有機大分子會闖入微生物代謝的營養源。因此，如果不維持管網中的臭氧濃度，汙泥就會增加，水質就會惡化。
在許多方面，臭氧和氯作為消毒劑具有互補的優勢。臭氧能快速殺菌滅活病毒，壹般對氣味、味道、色度都有很好的效果。而氯氣則具有持久、靈活、可控的殺菌效果，可以在管網系統中持續使用。因此，臭氧和氯的組合似乎是最理想的消毒水系統的方法。