药厂臭氧发生器课件

1、上海泽森环保科技有限公司技术部 黄建新 余 波1第1页，共47页。 一、 臭氧的基础知识 二、 臭氧灭菌方法在药品生产中的应用 三、 臭氧发生器系统设计依据与原则 四、 臭氧发生器的主要构件 五、 臭氧浓度的检测方法 六、 臭氧发生器的使用和维护2第2页，共47页。 一、臭氧的基础知识 “臭氧”一词因“保护大气臭氧层”宣传而广为人知。臭氧具有杀菌力强、可直接对药品使用、不产生残余污染的优异性能，在制药、食品行业得到广泛应用。3第3页，共47页。1 、臭氧的特性 臭氧O3，以其特有的气味而得名。其英文名称OZONE就是按希腊文“臭气”音译的。它是氧气O2的同素异形体，组成元素相同，构成形态相异性

2、质差异很大。氧与臭氧的主要物理性质，对比见表1 表1 氧和臭氧的主要性质4第4页，共47页。臭氧的化学性质是它的氧化能力很强，其氧化还原电位仅次于F2。这可从表2看出。 表2 氧化还原电位比较5第5页，共47页。2、应用的机理与优越性 制药行业应用臭氧的目的有两个方面：一是杀灭微生物-杀菌消毒；二是作为氧化剂参加化学合成。 两方面的应用基础均依赖于O3的强氧化性能和不稳定易分解的特性。6第6页，共47页。3、杀菌消毒 臭氧为气体消毒剂，其杀菌过程为强氧化作用使微生物细胞中的多种成分产生反应，从而产生不可逆转的变化而死亡。一般认为，臭氧灭活病毒是通过直接破坏其核糖核酸(RNA)或脱氧核糖核酸（D

3、NA）物质完成的。而杀灭细菌、霉菌类微生物则是臭氧首先作用于细胞膜，使膜构成成分受损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内组织，直至杀死。湿度增加提高杀灭率，是由于高湿度下细胞膜膨胀变薄，其组织容易被臭氧破坏。7第7页，共47页。4、臭氧的毒性和腐蚀性 臭氧属于有害气体， 浓度为 6.2510 -6 mol/L(0.3mg/m3 ) 时，对眼、鼻、 喉有刺激的感觉； 浓度 (6.25-62.5)10 -5 mol/L(3 30mg/m3 ) 时， 出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症 ; 臭氧浓度为 3.12510 -4 1.2510 - 3 mol/L(15 60mg/m 3 )

4、时 , 则对人体有危害。其毒性还和接触时间有关，例如长期接触 1.74810 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧会引起永久性心脏障碍，但接触 20ppm 以下的臭氧不超过 2h ，对人体无永久性危害。因此，臭氧浓度的允许值定为 4.4610 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很浓，浓度为 4.4610 -9 mol/L(0.1ppm) 时，人们就感觉到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的历史，至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道。 臭氧具有很强的氧化性，除了金和铂外，臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。臭氧浓度超过50ppm时与铝、锌、铅接触会发生强烈氧化

5、，但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点，生产上常使用含 25 Cr 的铬铁合金（不锈钢）来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件；臭氧对非金属材料也有强烈的腐蚀作用。8第8页，共47页。二、 臭氧灭菌方法在药品生产中的应用 在我国卫生部2002年颁布的“消毒技术规范”中，对臭氧的杀菌作用，使用范围及使用方法都有明确的规定。其中，对臭氧的杀菌作用作了明确的肯定：“4.12.2杀菌作用：臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁体和芽胞，病毒，真菌等，可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧在水中的杀菌速度较氯快。” 尽管在我国的GMP验证中早已推荐了臭氧灭菌方法，但臭氧在药品生产中的应用是在近几年才开始

6、热起来。用得比较成功的有以下几个方面： 9第9页，共47页。1 、管道容器的消毒灭菌 在药品生产中，坛坛罐罐用得很多，分别用管道伐门，仪表联结起来，组成一个生产单元。对它的消毒,传统方法中比较好的是用酒精浸泡。反应罐，贮存罐小的一吨半吨，大的十吨几十吨，都要灌满酒精，酒精用量之多可想而知。消毒完毕后，再将酒精放掉，但在转弯抹角处，仪表伐门的接头处，还会有酒精的残留，去除这些残留酒精，要用氮气吹，直到吹干为止。酒精用量多，消毒时间长，操作过程复杂。用高压蒸汽消毒也存在同样的问题，都很费力。现在用臭氧消毒来代替，相对来说要省事得多。具体方法是：将高浓度的臭氧直接打入管道容器，保持臭氧尾气有一定的浓

7、度，就可以达到消毒灭菌的要求。因为是对管道容器进行内表层的消毒，所以臭氧浓度要用得高一点，我们采用的设计浓度大于30ppm。 用臭氧对管道容器做消毒灭菌的优点非常明显，臭氧发生器可以流动使用，对不同的罐进行消毒，每个生产单元在每次换料前，都可以及时得到消毒，使用效率很高，很方便，不要用那么多的酒精，不要用氮气，也不要用高压蒸汽。所以在制药厂就能够得到推广。 10第10页，共47页。2、 臭氧用于中央空调净化系统对洁净区的消毒灭菌 在制药厂，一般来说，洁净区面积较大，多用中央空调净化系统完成对各洁净区的净化消毒。传统的消毒方法是用甲醛熏蒸，如上所述，甲醛熏蒸的弊病不少，用臭氧消毒来代替是一个好方

8、法。其方法是将臭氧发生器直接放在空调净化系统的风道中，称为内置臭氧发生器。臭氧随着风道的气流，送入各洁净区，对洁净区进行消毒灭菌，剩余臭氧吸入回风口，由中央空调带走。也可以将臭氧发生器放在中央空调风道的外面，将臭氧打入中央空调的风道中，然后被送到各洁净室，称为外置式臭氧发生器。外置式臭氧发生器安装检修方便，但制造成本要高一点。两种方法消毒效果是一样的。按照卫生部消毒规范的要求，对空气消毒的臭氧浓度是15ppm，但事实上，洁净区的消毒不仅是对空气的消毒，实际上还包括了物体表面的消毒，所以，我们的设计浓度为30 ppm。根据生产上的需要开关机，就可以保证洁净区的浮游菌和沉降菌达到GMP的要求。 1

9、1第11页，共47页。 据上海金山长富制药有限公司的检测报告，应用上海泽森ZCF-WZ型臭氧发生器，各洁净区在40分钟内，臭氧浓度均达到30 ppm以上，菌检全部合格。而且每天做规定的沉降菌和浮游菌的检测，每天都合格，完全替代了令人头痛的甲醛熏蒸大消毒。同时，使非生产作业班次减少，能耗减少，取得了十分满意的效果。 东北制药总厂范国才等在医药工程设计2000年第3期上根据他们应用臭氧消毒的体会，对臭氧灭菌的原理选型，安装使用，和经济效益作了详细的报告，是一份有说服力的报告。 12第12页，共47页。3、纯化水系统的消毒灭菌 在制药厂用水的地方较多，有医药用水，消毒用水，清洗用水及饮用水等区别。根

10、据不同的水质要求，采用不同的工艺流程，消毒工艺则用一般的臭氧水处理方法即可达到满意的效果。 需要特别注意的是注射用水，要求不能存在热源。热源是细菌病毒死亡之后留下来的内毒素。臭氧能不能消除热源，有待进行研究确定。如果确定臭氧可以除去水中的热源，那么，臭氧在药品生产中的应用又可以开辟一条新的途径。 以上仅从几个方面介绍了臭氧在药品生产中的应用实例，可以看出在药品生产中臭氧是大有作为的。我们一定要抓住这个机遇，在新的研究课题上有所突破，作为臭氧工作者不但要制造出性能稳定可靠的臭氧发生器，同时还要适用于药品生产工艺，为药品生产服务。 13第13页，共47页。三、臭氧发生器系统设计依据与原则 14第1

11、4页，共47页。、设计依据药品生产验证指南； 卫生部消毒技术规范；制药装备实施GMP新技术新产品信息文集；国家医药管理局GMP验证指南。15第15页，共47页。、设计原则 设计应严格执行国家和当地的卫生、安全等法规，所设计处理的空间，其微生物各项指标均能达到所规定的标准。 设计中应坚持科学态度，以体现技术先进、经济合理、安全可靠、操作简单、运行方便的特点。16第16页，共47页。3、臭氧发生器对空气和物表消毒的 选型 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，电耗等。用于药厂的臭氧发生器功率比较小，电耗是一个

12、次要条件。17第17页，共47页。 3.1 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%氧气源臭氧浓度为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。18第18页，共47页。3.2 用HVAC系统集中投加时，臭氧发生器选用按以下方法计算： 首先计算实际臭氧消毒体积，实际体积由三部分组成V=V1+V2+V3，V1：洁净区空间总体积，V2：送风管道总体积，V3：为保持洁净区正压所补充的新风量的折算体积(系统泄漏)： V3=HVAC系统循环总风量4%(消毒时直排风机关闭).计算公

13、式：W=CV/S 其中： W：臭氧发生量,单位：g/h C:为臭氧消毒浓度,根据卫生部消毒技术规范(2002版)要求:空气消度臭氧浓度为20mg/m3,物表消毒臭氧浓度为60mg/m3(注:1PPm=2.14mg/m3)。 V:为灭菌空间总体积。 S：为设备工作一小时时臭氧的自然衰退率(取0.401)。19第19页，共47页。附：20第20页，共47页。 四、臭氧发生器的主要构件 臭氧发生器主机的核心部分主要包括臭氧发生元件、臭氧发生电源和监测控制等三个部分组成。21第21页，共47页。1、臭氧发生元件： 随着科学技术的不断发展，基础材料技术得到了很大的提高，也加快了臭氧行业整体技术的不断向前

14、发展。 臭氧发生管的分类是以放电极（阳极）与接地极（阴极）之间介质的材料的不同来划分的，目前臭氧发生元件的介质主要有玻璃、陶瓷和搪瓷三种。玻璃是臭氧发生器上最早的介电材料，属第一代，但因其质脆易碎，在国内又受加工精度不高，电极形成工艺（常用涂石墨、镀导电膜等方法）不完善等因素影响，电膜容易脱离导致放电不均匀，臭氧产量下降，限制了其进一步的发展；陶瓷介电体在臭氧生产中得到了较大的发展，特别是采用表面放电法的陶瓷臭氧发生片以前在空气消毒净化领域占有了相当的份额，但受机械加工精度、裸露放电容易引起火灾、不适宜做成水冷等因素的制约，采用气隙放电法的陶瓷介电臭氧发生器目前基本上被淘汰.22第22页，共4

15、7页。 搪瓷以其与生俱来的特点（在金属基材上涂复瓷料烧结而成），在介电常数、电阻率、击穿场强、介质损耗系数、基材与瓷材的膨胀系数及导热率等参数上弥补玻璃、陶瓷等介电材料的某些固有缺点，因而在臭氧界引起了重视，国际上较先进的俄罗斯、瑞士等国推出了采用搪瓷介电体的双水冷式臭氧发生单元。 ZCF-型的臭氧发生单元是采用搪瓷介质（内胆），放电极（阳极）与接地极（阴极不锈钢外套）均采用水冷却的发生元件，保证了臭氧发生过程的稳定，同时也大大降低了臭氧的出口温度，使臭氧在管道输送中不至衰退。23第23页，共47页。搪瓷臭氧发生管示意图24第24页，共47页。2、臭氧发生电源 臭氧发生电源一般按照频率的不同分

16、为工频（50Hz）、中频（501000Hz）、高频（1000Hz以上），频率越高单位面积的臭氧发生量越 大，功率因素越高。 ZCF-型的臭氧发生电源采用美国仙童新型水冷式高频大功率开关器件（IGBT）与高频逆变电路，采用数字调宽技术有效地对臭氧产量、浓度进行调整。满足了不同客户的工艺要求,从而比传统的工频臭氧发生器效率提高三十倍以上。本发生电源为标准式臭氧发生电源，有效地保证了臭氧发生器的正常运行。25第25页，共47页。3、监测控制 ZCF-型的臭氧发生器采用PLC微电脑监测控制系统，对水温、水压、气温、气压、电器等多种技术参数实施自动检测、监测、报警与保护，可与中心控制机房对接实现远程控制

17、，极大方便了用户管理使用。26第26页，共47页。4、臭氧制备流程及安装示意图27第27页，共47页。28第28页，共47页。臭氧发生器安装位置有以下几种方法：（1）分体或移动式放在单独房间内（2）组装在空调机组中（3）在总送风管道内（4）在总回风管道内（5）单独设置，只将排气口插入送风管道内 现在都采用第五种方式，它由一套臭氧发生 装置产生臭氧并可同时供多个车间使用。 29第29页，共47页。五、臭氧浓度的检测方法 臭氧是一种强氧化剂，具有很强的杀菌消毒、漂白、除味等特性，因此广泛应用于水消毒、食品加工杀菌净化、食品贮藏保鲜、医疗卫生和家庭消毒净化等方面的产品。在臭氧发生器生产和应用中，一定

18、的臭氧浓度是保证消毒氧化效果、节约能源和防止污染的重要参数。 30第30页，共47页。1、臭氧发生器产量的标定 发生器的臭氧产量是其最主要、最基本的技术指标，而产量又是通过测定臭氧浓度后计算得出的。严格说，没有测定臭氧浓度的可靠手段就不可能生产出合格产品，目前市场臭氧发生器产量虚报假冒主要表现为没有臭氧浓度指标或不真实。 31第31页，共47页。2、 臭氧浓度保证消毒效果 只有保证和其它消毒杀菌剂一样，达到足够 剂量，作用一定时间才能达到消杀效果。例如当臭氧浓度为 0.080.6ppm 时，对空气中细菌繁殖体中的大肠杆菌作用 30min ，其平均杀灭率达 84.6099.9% ，而空气中臭氧浓

19、度为 0.340.85ppm 时，作用 1030min ，其杀灭率可达 99.4799.97% 。又如臭氧对空气消毒时，当浓度为 0.21mg/L 时，作用 10min 对金黄色葡萄球菌杀灭率达 90.81% ，如提高浓度为 0.72mg/L 时，作用时间仍为 10min ，杀灭率可达 99.99% 。 一般讲臭氧的浓度愈高其杀菌效果愈好。 32第32页，共47页。3、 环境臭氧浓度不能过高 臭氧除了对人类有益的一面外，同时它又是一种对环境污染的物质，我国环境空气质量标准（ GB3095-1996 ）中规定臭氧的浓度限值（ 1 小时平均）一级标准为 0.12mg/m 3 ；二级标准为 0.16

20、mg/m 3 ；三级标准为 0.20mg/m 3 。臭氧的工业卫生标准大多数国家最高限值为 0.1ppm （ 0.20mg/m 3 ）。因此利用臭氧消毒杀菌浓度不应过高，达到消毒技术规范中规定的消毒浓度即可，臭氧发生器的产量也不是越高越好。 33第33页，共47页。4、臭氧应用工程中臭氧浓度的检测 臭氧发生器发生臭氧能力在很大程度上受气源的湿度、冷却水温度、放电面的老化等影响，所以要经常对臭氧浓度进行检测，最好在流程中装有臭氧（气体）检测仪，如是臭氧水消毒液应有检测混合后水的溶存臭氧检测仪。以便控制整个系统处在最佳工作状态。 臭氧浓度检测方法大致可分为“化学分析法”、“物理分析法”、“物理化学

21、分析法”三类。34第34页，共47页。4.1 化学检测法 4.1.1 碘量法 碘量法是最常用的臭氧测定方法，我国和许多国家均把此法作为测定气体臭氧的标准方法，我国建设部发布的臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量标准 CJ/T 3028.2 94 中即规定使用碘量法。其原理为强氧化剂臭氧（ O 3 ）与碘化钾（ KI ）水溶液反应生成游离碘（ I 2 ）。臭氧还原为氧气。反应式为： O 3 + 2KI + H 2 O O 2 + I 2 + 2KOH 游离碘显色，依在水中浓度由低至高呈浅黄至深红色。 利用硫代硫酸钠（ NaS 2 O 3 ）标准液滴定，游离碘变为碘化钠（ NaI ），反应终点为完

22、全褪色止。反应式为： I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 2NaI + NaS 4 O 6 两反应式建立起 O 3 反应量与 NaS 2 O 3 消耗量的定量关系为 1molO 3 ： 2mol NaS 2 O 3 ，则臭氧浓度 C O3 计算式为： C O3 =40 x3x1000/1000 （ mg/L ） 35第35页，共47页。式中： C (O3) 臭氧浓度， mg/L ； A( Na) 硫代硫酸钠标准液用量， ml ； B 硫代硫酸钠标准液浓度， mol/L ； V 0 臭氧化气体取样体积， ml 。 操作程序及方法参照标准 CJ/T3028.2 94 。 测定标准型发生器浓度很

23、方便。臭氧化气体积用流量计计数， NaS 2 O 3 浓度一般配制为 0.100mol/L ，测定精度可达 1% 。 测定空气中臭氧浓度时，应用在气采样器抽气定量。为保证测定精度， NaS 2 O 3 配为 0.10mol/L 。 测定水溶臭氧浓度亦可用此公式计算，只是 V 0 代表采水量，取 1000ml 。 NaS 2 O 3 浓度为 0.10mol/L 。 碘量法优点为显色直观。不需要贵重仪器。缺点是易受其氧化剂如 NO 、 CI 2 等物质的干扰，在重要检测时应减除其它氧化物质的影响。 36第36页，共47页。4.1.2 比色法 比色法是根据臭氧与不同化学试剂的显色或脱色反应程度来确定

24、臭氧浓度的方法。按比色手段分为人工色样比色与光度计色 . 此法多用于检测水溶解臭氧浓度 . 国内检测瓶装水臭氧溶解浓度有使用碘化钾、邻联甲胺等比色液的。其方式是利用检测样品显色液管相比较，确定测样臭氧溶解度值（ 0.050.08mg/L ） , 要求精确的，则利用分光光度计检测。 国外利用此法做成仪器，配制标准工具与药品作为现场抽检使用，很方便。如美国 HACH 公司、日本荏原公司的 DPD （二己基对苯二胺）比色盘，范围为 0.052mg/L 。美国 HACH 公司微型比色仪，利用靛蓝染料脱色反应。在 600nm 波长比色， 0.050.75nm/L 浓度数字显示，精度 0.01nm/L 。

25、受其它氧化剂干扰少。 37第37页，共47页。4.1.3 检测管 将臭氧氧化可变化试剂浸渍在载体上，作为反应剂封装在标准内径的玻璃管内做成测管，使用时将检测管两端切断，把抽气器接到检测管出气端吸取定量臭氧气体，臭氧浓度与检测管内反应剂柱变色长度成正比，通过刻度值读取浓度值。 38第38页，共47页。 4.2 物理化学分析法及物理分析法因时间关系,在这里就不一一详述.39第39页，共47页。5、臭氧检测中应注意事项 5.1 采样管材料应选用抗强氧化的材料，如玻璃、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯；不锈钢材料也尽量少用，以减少采样管中臭氧损耗。 5.2 采样管应尽量短，测量低浓度时一般不要超过 2m 。

26、5.3 从采样管到检测仪器，不要漏气，否则测量值偏低。 5.4 检测较低浓度（如检测环境）臭氧时，新的聚四氟乙烯管也要充分的进行“臭氧化”，即通过含较高浓度臭氧的气体来稳定采样管内壁。日本荏原公司认为要 20min 以上才能稳定，而美国莫尼特公司要求数小时。 5.5 采样管要定时清洗、吹干。不清洁的采样管会使测量值偏低很多。 5.6 臭氧分析仪要定时进行标定，以保证测量数据可靠。40第40页，共47页。六、臭氧发生器的使用和维护41第41页，共47页。1、臭氧发生器的结构和工作原理 臭氧发生器主要有原料进气系统、干燥系统、变压变频系统、放电系统、冷却系统和控制系统组成。原料气经干燥后进入放电室，放电室中有N根放电管，400V、50Hz的输入电压经升压变频后变为4000-8000V、1000-1200Hz的输出电压送至放电管，原料气中的氧经高压高频放电后电离为臭氧。放电管为内腔的复合管道，内管由特种搪瓷放电棒与接地不锈钢内壳组成，用于进出气体和放电、内管且通冷却水带走放电后产生的大量热量，外管为不锈钢管，也通冷却水带走放电后产生的大量热量。42第