如何选择GMP车间消毒臭氧发生器

参考文献（1）臭氧消毒研究进展 王芳 

（军事科学院微生物流行病研究所 北京 100071） 

一、引言 

臭氧已在饮用水、矿泉水和纯净水行业被广泛应用。 在水行业，由于有比较完善的国家标准和应用规范指导，加之人们已经积累相当多的臭氧应用和设备选型经验，该领域需求和供应市场也趋于规范。而近年来，臭氧在药厂制剂GMP车间空气净化杀菌中的应用，由于刚刚起步，至今没有一个GMP用臭氧发生器的统一标准，（部颁标准或者行业标准），用户在选用和使用臭氧发生器时，无法判断所购设备品质，因此产生由于选型不当致使个别应用厂家杀菌效果不好，因此败坏了臭氧的名声。为此，本文意在希望为消费者提供最基本的臭氧设备选择知识以增强自己的鉴别能力，并呼吁政府尽快制订GMP用臭氧发生器标准来规范市场， 以使其健康地发展。 

二、如何选用臭氧发生器 

谈到如何选用臭氧发生器，就必须知道臭氧发生器的评价指标。一般评价一个臭氧发生器最基本的指标是：臭氧产量，臭氧浓度，可靠性、使用寿命，工作方便和美观、电耗等。用于药厂的臭氧发生器功率比较小，电耗是一个次要条件。

（一）、基础知识 

为了能更好的选择臭氧发生器，首先介绍一点关于臭氧和臭氧发生器的基本知识。 

臭氧浓度单位： 

国际通行用体积百分比浓度标称臭氧浓度。1%空气源臭氧浓度为12.9mg/L。1%氧气缘臭氧浓度为14.3mg/L。 

卫生消毒界习惯用ppm做单位。即体积百万分之一。对于空气中的臭氧，1ppm=2.14mg/M3。 

1、臭氧浓度： 

臭氧发生器出口的臭氧浓度。一般以ppm或mg/L做单位。1ppm=0.00214mg/L。 

沿面放电式电极：臭氧发生器的出口浓度较低，一般在60-80ppm（空气源时一般小于20PPM）。 

间隙放电式电极：臭氧发生器的出口浓度较高，一般在25000-40000ppm。 

2、电极放电形式： 

沿面放电式电极（即一般用玻璃管做介电材料，分管内通气和管外通气）： 

一种是内电极贴在玻璃管内壁上的铝网，外电极是石墨等导电涂层。管内通气体。另一种是玻璃管内充氮气和少量的氩气或者氪气，充气压力为数千pa，内电极是一根镍丝，外电极是套在玻璃管外壁上的铝网。管外通过气体。 

此两种电极，只有沿管壁流过的少量气体参与放电，产量低，臭氧产量随使用时间的积累会逐渐减低。同时，可靠性差，寿命短。（3000-6000小时）但成本低，生产简单，有几个人就可以组装生产。一般没有完善的检验设备。 

间隙放电式电极： 

一种是用陶瓷管做介电材料，外壁镀金属镀层为外电极，金属管为内电极，管内通水冷却。氧气从内外电极间的缝隙中通过。另一种是板式陶瓷介质间隙放电电极。风冷或者水冷，氧气从两电极间的缝隙中通过。 

此两种电极，气体全部从电极间隙中通过参与放电，产量高，可靠性高，寿命长（超 过30000小时）。臭氧产量与设备使用时间无关，但成本高，需要精加工，组装调试复杂，需要工厂化生产。有完善的检测设备。 

3、气源 

沿面放电式臭氧发生器多数是使用环境空气做气源，产生的氮氧化物较多，氮氧化物与风道里的加湿空气接触后，极易产生酸气（硝酸类）。降低电极寿命，对环境也有不良影响。 

间隙放电式臭氧发生器多数使用氧气源，也可以使用干燥的空气源，产生的氮氧化物较少，电极寿命长，对环境无不良影响。氧气来源可以使用瓶装氧气，也可以使用制氧机或干燥器。 

4、电源 

电源分为工频、中频、和高频。电源频率高放电次数多，效率高用电省，电极体积较少。 

5、品质分类 

低档产品-内置式空气源产品-沿面放电式-工频电源-保护功能差-安装需空调配合。 

中档产品-外置式空气源产品-间隙放电-带空气干燥机-空压机-保护能力中-安装与空调无关。 

高档产品-外置式氧气源产品-间隙放电-瓶装氧气或制氧机-保护能力强-安装与空调无关。 

（二）、对不同电极的测试结果 

为了验证气源的性质（氧气源、空气源）与产量的关系，不同的放电形式（沿面放电\间隙放电）与产量的关系，笔者在某研究院的帮助下，充气沿面放电的管式臭氧电极、不充气沿面放电的管式臭氧电极、间隙放电的管式臭氧电极、间隙放电的板式臭氧电极，四种电极进行了测试。结果如下： 

为了统一测试条件，笔者使用氧气源对以下四种电极进行了测试，得出的产量是这四种电极的最高产量。 

A. ф29×265mm 不充气玻璃沿面放电管臭氧电极。（最古老的电极形式） 

电极结构：玻璃管电极，内电极是贴在玻璃管内壁上的铝网。外电极是石墨涂层。管内通气体。 

工作原理：由变压器将市电升压为高压电，给电极供电，在内电极和玻璃管内壁间产生臭氧。将此放电管内通入氧气，通电后测出气量和臭氧浓度。 

测试结果： 

通入氧气2M3-4M3/h，最高臭氧浓度50-70ppm；计算结果单管产量为 

3M3/h×.60ppm×.2.14mg/m3=385mg=0.39g/h ( 空气中臭氧浓度为1ppm=2.14mg/m3) 

此管表面积为：0.029M×3.14×.265M=0.024M2 每平方米放电面积需用根放电管 

为：1M2÷0.024m2=41根。 

l 因此得出41根此种电极，使用氧气源每小时可以产生15.99克 臭氧。如果使用经干燥处理的空气源每小时可以产生5.33克的臭氧。此种放电管也不符合CJ/T3028.1-94第5.3.2每平方米放电面积臭氧产量应大于30克的规定。 

B. ф29×265 mm 充气玻璃管沿面放电臭氧电极。（改进型电极、放电时很好看、又名放电灯、产量提高有限） 

电极结构：玻璃管电极，充氮气和少量的氩气或者氪气，充气压力为数千pa，内电极是一根镍丝，外电极是套在玻璃管外壁上的铝网。 

工作原理：由变压器将市电升压为高压电，给电极供电，在外电极和玻璃管间产生臭氧。将此放电管装入一支密闭的UPVC管内，通入氧气，通电后测出气量和臭氧浓度。 

测试结果： 

通入氧气2M3-4M3/h，最高臭氧浓度60-80ppm；计算结果单管产量为3M3/h×70ppm×2.14mg/m3=449mg=0.45g/h ( 空气中臭氧浓度为1ppm=2.14mg/m3) 

此管表面积为：0.029M×3.14×.265M=0.024M2 每平方米放电面积需用的放电管数量为：1M2÷0.024m2=41根。 

 l 因此得出41根此种电极，使用氧气源，每小时可以产生18.45克 臭氧。如果使用经干燥处理的空气源每小时可以产生6.15克左右臭氧。此种放电管不符合CJ/T3028.1-94第5.3.2每平方米放电面积臭氧产量应大于30克的规定。 

CJ/T3028.1标准对气源的露点要求如下： 

5.3.1 臭氧发生器产品(包括臭氧发生电源)的性能试验,应在下述条件下进行： 

a. 以空气为气源，露点不能高于零下450C。 

在GMP空气杀菌的应用过程中，空调的加湿系统系统对进风加湿，加湿后的空气露点远远高于零下450C，一般只比室温略低。 

因此，以空调机组的循环风为气源，不符合CJ/T3028.1标准对气源的露点要求。 

★ 上述两种放电管电极，即使在用氧气源的情况下，尚无法达到额定产量，如果用空气源就更少得可怜了。 

★ 电极是在高压放电状态下工作的，不宜在潮湿的环境下工作。 否则，产量会大幅度的下降。 

★ 通过以上的测试不难看出: 以氧气源标定臭氧产量的设备，如果以空气做气源使用的话。其实际臭氧产量只有名牌标定产量的1/3。即原设计为10ppm投加量，而实际仅仅投加了3.3ppm。 

★ 遗憾的是，说臭氧杀菌不如甲醛的人，用的就是这种机器。 

 C. ф41×300 mm管式陶瓷介质间隙放电电极。 

用陶瓷管做介电材料，外壁镀金属镀层为外电极，金属管为内电极，管内通水冷却。 

氧气从内外电极间的缝隙中通过。 

通入氧气0.8M3/h，平均臭氧浓度50g/M3。 

计算结果单管产量为 0.8M3/h×50g/ M3=40g/h 此管表面积为： 

0.041M×3.14×0.260M=0.033M2 每平方米放电面积需用的放电管为：1M2÷0.033m2=30根。 

 l 因此得出30根此种电极，使用氧气源每小时可以产生1200克 臭氧。如果使用空气源每小时可以产生400克左右臭氧。 

此种放电管远高于CJ/T3028.1-94第5.3.2的规定。 

D. 212CM2 板式陶瓷介质间隙放电电极。 

电极风冷。通入氧气0.5M3/h，平均臭氧浓度50mg/L。 

计算结果单组产量为 0.5M3/h×50mg/L×1000=25000mg=25g/h 此板表面积为：0.021M2，每平方米放电面积需用的放电板为：1M2÷0.021m2=47.6套。 

 l 因此得出47.6套此种电极，使用氧气源每小时可以产生1190克 臭氧。如果使用空气源每小时可以产生397克左右臭氧。 

此种放电管符合CJ/T3028.1-94第5.3.2的规定。 

有了以上的测试数据，你就只须通过了解气源的种类、放电电极形式、电源频率就可以对臭氧发生器的品质有了一个大致的了解。甚至数一数有几根电极就可以大致估算出有多少臭氧产量。 

然后再根据你的需求去选择低档、中档、或是高档的臭氧发生器。 

★综上所述，目前还没有一个关于GMP改造用臭氧发生器的标准。为了规范臭氧在GMP空气净化中的应用，急需建立GMP用臭氧设备的统一标准，（部颁标准或者行业标准） 

三、 如何评价臭氧的杀菌效果 

甲醛对人体有害，通过报纸、电视台针对建筑装修行业已经炒得沸沸扬扬。臭氧取代甲醛在GMP改造空气杀菌中的应用，由于避免了甲醛的毒害，已经得到了广大药厂工程技术人员和工人的认可。国内臭氧界的一些主要厂商，在一些著名企业的GMP改造中做出了很多成功的案例。例如：哈尔滨一洲药业集团、大连珍奥药业集团、辽宁生物技术有限公司 。。。 

最近在和一些药厂负责GMP改造的人员接触的过程中听到了一种说法"挑战性实验臭氧的杀菌能力不如甲醛"。带着这个问题笔者拜访了一些从事GMP改造工作的专家，访问了一些已经完成了GMP改造的典型企业，查阅了有关的一些标准。 

挑战性实验是空气洁净处理过程中检验杀菌剂杀菌能力的一种手段。笔者曾经参加了几个药厂的挑战性试验，对臭氧和甲醛的杀菌能力进行了比较，结果如下： 

甲醛的杀菌能为1000倍；臭氧的杀菌能力为100倍。因此有人对臭氧的杀菌能力提出了怀疑，认为臭氧的杀菌能力不如甲醛。 

其实臭氧和甲醛是性质完全不同的两种杀菌剂。 

臭氧灭活的机理可以认为是一种氧化反应。 

对细菌灭活的机理：（1） 

臭氧对细菌的灭活反应总是进行的很迅速。与其它杀菌剂不同的是：臭氧能与细菌细胞壁脂类双键反应, 穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌死亡。臭氧还作用于细胞内的核物质，如核酸中的嘌呤和嘧啶破坏DNA。 

臭氧对病毒的灭活机理： 

臭氧对病毒的作用首先是病毒的衣体壳蛋白的四条多肽链，并使RNA受到损伤，特别是形成它的蛋白质。噬菌体被臭氧氧化后，电镜观察可见其表皮被破碎成许多碎片，从中释放出许多核糖核酸，干扰其吸附到寄存体上。 

因此，臭氧杀菌的彻底性是不容怀疑的。 

问题出在甲醛是一种长效杀菌剂；而臭氧的半衰期只有16分钟。 

由于用甲醛作挑战性试验的菌板，在培养箱中培养时，仍有持续杀菌能力。而用臭氧作挑战性试验的菌板，在培养箱中培养时，半衰期已过，已不再有杀菌能力。因此产生了臭氧杀菌能力不如甲醛的错觉。 

在挑战性试验中，由于接种的细菌的数量大超出了所投加的当量的臭氧的控制能力，所以未能将细菌全部杀死。 

细菌的繁殖是按几何级数增长的，大约每天分裂一次，假如原来有一个菌，7天之后是64个，20天之后，有524288个。正是因为如此，才有用甲醛杀菌7天一次小杀菌，一月一次大杀菌的规定。太长了就容易造成细菌的蔓延。 

用臭氧杀菌就不一样了，由于可以每天杀菌一个小时，同样，假如开始时有一个菌，由于天天杀菌一个小时，细菌总数最多不会超过2个。这就是用臭氧杀菌的长处。 

甲醛对人体有害，通过报纸、电视台、针对建筑装修行业已经炒得沸沸扬扬。臭氧取代甲醛在GMP改造空气杀菌中的应用，由于避免了甲醛的毒害，已经得到了广大药厂工程技术人员和工人的认可。国内臭氧界的一些主要厂商，在一些著名企业的GMP改造中做出了很多成功的案例。例如：哈尔滨一洲药业集团、大连珍奥药业集团、辽宁生物技术有限公司…。 

臭氧在空气杀菌重的应用已经有了一个良好的开端，药厂将从此不再有毒气笼罩的局面。到那时，全国成千上万的药厂都用上了臭氧，从此告别了甲醛的污染。同时也将为祖国的环保事业做出极大的贡献。 

四、 普及臭氧知识，制定国家标准 

由于臭氧杀菌是一个新生事物，刚刚步入空气杀菌的领域，臭氧设备及其应用还没完全被这一行业了解和认识。所以极易造成只重产量、价格，不注重产品品质的情况。 

在矿泉水、纯净水使用臭氧杀菌的初期，也曾有过很多类似的教训。设备刚到保质期、甚至有的还没到保质期，就频繁出现故障，影响生产和产品质量。 

很多药厂的工程技术人员，在谈起制药设备时都如数家珍。谈及臭氧设备时，却只知道设计院提供的设计参数。缺乏有关臭氧设备方面的知识和经验，因此，及易走进采购误区。 

为此笔者建议： 

l 尽快建立GMP用臭氧设备的统一标准，（部颁标准或者行业标准） 

l 在行业的专业刊物如"医药工程设计"上定期的刊登一些介绍臭氧应用的文章。 

l 向中国臭氧行业协作网咨询有关情况。 

l 向国内有关专家咨询。

l 多参加全国制药机械展会货比三家。 

l 向已经完成GMP改造的同行咨询。 

l 有了以上的经验，只要你能辨别不同的放电形式，是沿面放电还是间隙放电，用空气源还是氧气源，臭氧的浓度多少，或者数一数有多少根管子，就能大致算出臭氧的产量，离成为一个专家已经不远了。 

  l 有的药厂通过考察自己选购或指定臭氧发生器的品牌由空调公司代购，这种方法很好。这样，品质、价格、和售后服务都有可靠的保证。