飲用水化學(xué)消毒技術(shù)—臭氧
臭氧（O3）是已知最強的氧化劑，常溫常壓下為淡藍色的具有特殊臭味的氣體，密度為空氣的1.658倍。臭氧氣體經(jīng)低溫壓縮處理可呈液態(tài)，沸點(diǎn)為112.3℃.臭氧在水中的溶解度比氧大13倍，但因在空氣中的分壓較低，故在常溫常壓下只能得到數毫克每升濃度的溶液。臭氧穩定性級差，常溫下在空氣和水中均易分解，并放出初生態(tài)氧。不僅能殺滅水中的普通菌類(lèi)和蟲(chóng)卵，還能殺滅抗氯性強的病毒和芽孢，且殘留的臭氧因易分解而不會(huì )造成二次污染。
① 臭氧殺菌的機理尚未完全清楚。有下列一些觀(guān)點(diǎn)：
a) 臭氧在分解成氧氣的過(guò)程中生成“新生態(tài)氧”，高度活性的新生態(tài)氧可起殺菌作用。
b) 臭氧能破壞細胞上的脫氫酶而干擾細胞的呼吸功能，直接氧化各種酶和蛋白質(zhì)，阻礙代謝過(guò)程, 破壞有機體鏈狀結構而導致細胞死亡。據報道，臭氧能和對其敏感的氨基酸殘基（半胱氨酸殘基、色氨酸殘基、蛋氨酸殘基）直接發(fā)生反應，破壞蛋白質(zhì)。
c) 臭氧能影響細胞中的物質(zhì)的交換，使活性硫化物基團轉化過(guò)程中的平衡遭到破壞。
d) 臭氧能與細菌細胞膜作用，與細菌細胞壁脂肪酸雙鍵反應，作用于細胞外殼脂蛋白和內部的脂多糖等大分子聚合物，使細胞膜的滲透性改變，導致原生質(zhì)的流失和細胞體的溶解。
e) 臭氧能穿透細胞壁，滲入細胞內部與細胞質(zhì)反應，作用于脂蛋白和脂多糖、改變和分解RNA、DNA和線(xiàn)粒體結構。臭氧能迅速穿透細胞壁的特性是其殺菌速度快的原因之一。
f) 臭氧滅活病毒的方式主要是氧化破壞其外殼和核酸。研究結果證明：臭氧可破環(huán)腸病毒衣殼蛋白的四條多肽鏈，并使RNA受到損傷；可使噬菌體中的RNA被釋放出來(lái)，還可以觀(guān)察到噬菌體斷裂分解成碎片。
g) 臭氧還能氧化分解死亡菌體內的基因、熱原質(zhì)和支原體等。
② 臭氧消毒的優(yōu)點(diǎn)
a) 氧化能力強 能在消毒時(shí)兼代處理許多其他的水質(zhì)問(wèn)題。臭氧的氧化能力比氯大50%，在消毒的同時(shí)可有效去除或降低復雜的味、臭、色和金屬離子的問(wèn)題。據報道，臭氧能將氯化和活性炭工藝無(wú)法去除的味和臭去除。但臭氧對源于天然有機物的臭和味的去除效果不明顯。
臭氧消毒的同時(shí)兼有助凝和去除濁度的作用，采用臭氧處理往往可以提高混凝和過(guò)濾效果，間接上對控制微生物發(fā)揮了作用。
b) 殺菌效果顯著(zhù)，作用迅速，據稱(chēng)臭氧殺菌比氯快300～3000倍，消毒效率高于常用的液氯和次氯酸鈉約15倍，消毒接觸時(shí)間通常只需0.5～1min。
c) 廣譜高效。臭氧能迅速殺滅細菌和孢子，還能殺滅變形蟲(chóng)、真菌。原生動(dòng)物、一些耐氯、耐紫外線(xiàn)和耐抗生素的致病生物，如孢囊和一些病毒、賈第鞭毛蟲(chóng)、隱孢子原蟲(chóng)、藻類(lèi)、低級水生生物等。所需的接觸時(shí)間通常很短（不過(guò)臭氧對一些霉菌如綠霉菌、青霉菌等作用時(shí)間較長(cháng)）。微生物被臭氧滅活從易到難的順序一般為：細菌——病菌——孢囊。
d) 消毒處理的副作用較小。臭氧在殺菌后被還原成氧，因此能附帶提高水中的溶解氧。臭氧本身不會(huì )形成消毒鹵化副產(chǎn)物，也不產(chǎn)生和加重臭味, 投加臭氧也不會(huì )在水中產(chǎn)生pH值的變化，無(wú)需另行投加藥劑調節pH。
e) 消毒處理對健康的影響小。通常認為臭氧處理不會(huì )增加被處理水的致突變活性。因此雖然使用臭氧也生成了一定量的消毒副產(chǎn)物，一般的觀(guān)點(diǎn)是對人體健康而言，使用臭氧消毒要比使用氯或二氧化氯安全。
③ 臭氧消毒的缺點(diǎn)
a) 消毒劑不穩定 臭氧不夠穩定，容易自行分解，半衰期短，應就地生產(chǎn)使用。臭氧沒(méi)有長(cháng)久殺滅能力，往往還要后續投加其他消毒劑（如氯氨等）。
b) 監測較困難 臭氧不能留下易檢測的物質(zhì)，臭氧分析測定技術(shù)沒(méi)有足夠的特異性或靈敏性，因此對工藝進(jìn)行方便和有效的控制比較難以實(shí)施。
c) 消毒副產(chǎn)物危害健康的可能性 關(guān)于臭氧的各種消毒副產(chǎn)物對健康的危害程度還要做進(jìn)一步深入的研究，在臭氧消毒方法的安全性方面還存在著(zhù)一些爭議。一般臭氧氧化處理的水平并不能使水中的有機物完全無(wú)機化，只能將其變成物理化學(xué)性質(zhì)不同的較低分子量的有機物，它們有可能在后續的化學(xué)處理過(guò)程中生成有害的副產(chǎn)物。水中的溴離子在被臭氧氧化成溴酸鹽后，可能在氯化反應中生成致癌和有致突變活性的溴氯化合物。另外，有觀(guān)點(diǎn)認為低劑量進(jìn)行臭氧處理時(shí)，一部分反應的中間產(chǎn)物也可能具有致突變活性。
d) 處理水的生物不穩定性 許多實(shí)踐證明臭氧能將微生物難以降解的大分子有機物分解成容易被微生物利用的小分子，將總有機碳的一部分轉換為生物可同化有機碳（AOC），使AOC所占的比例增加，實(shí)踐表明AOC可增大為處理前的2~6倍。在A(yíng)OC中，臭氧的氧化產(chǎn)物如各種有機酸和醛類(lèi)占有重要組成。由于臭氧很容易被消耗掉并轉化成有利于生物生長(cháng)的氧，結果使被處理的水生物不穩定性加強。導致水質(zhì)惡化。
1893年，在荷蘭的奧茨胡恩建立了世界上第一家使用臭氧進(jìn)行飲用水處理的工廠(chǎng)，但其后近100年的時(shí)間內因為各種原因，應用不很普遍。自從世界衛生組織確認經(jīng)氯化消毒的飲用水中存在致癌性的THMs后，臭氧便作為最安全可靠的飲用水消毒方法在世界各地迅速地發(fā)展起來(lái)。截止到2005年，美國擁有的應用臭氧處理的水廠(chǎng)已達到400多家，加拿大有超過(guò)100家，法國有近700家，而德國則有大約70%的水廠(chǎng)裝備了臭氧系統?，F在，歐洲主要城市的自來(lái)水應用臭氧消毒已很普遍，世界上最大的應用臭氧消毒的自來(lái)水廠(chǎng)位于加拿大蒙特利爾和美國洛杉磯，其處理能力均為2.3×108m3/d。同時(shí)，用臭氧對礦泉水、飲料用水等進(jìn)行消毒處理，在許多國家都十分普及。
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