纯化水是制药和日化工厂的基础公用工程，水质的好坏会直接影响产品的质量，因此，水质控制是工厂关注的重点。同时，水系统也是工厂能源消耗的大户，从绿色经济的角度来看，如何在保证水质的基础上降低能源消耗，也是业界关心的问题。

水系统包含制水机和储存分配系统，其中，储存和分配系统能有效缓解制水机的压力，以应对工厂高峰用水的工况。

通常制水机系统通过化学添加剂来对水中的微生物进行控制，而对储存和分配系统的微生物控制，用户有不同的选择，一般通过巴氏消毒、臭氧消毒、化学消毒三种技术来实现。

常用消毒技术对比

巴氏消毒：在一定温度范围内，温度越低，细菌繁殖越慢；温度越高，繁殖越快。但温度太高，细菌就会死亡。巴氏消毒利用病原体不是很耐热的特点，用适当的温度和保温时间处理，将其杀灭。在水系统中，一般用65°C-80°C温度维持纯水的温度一段时间，以达到消毒的目的。

巴氏消毒某案例温度曲线

臭氧消毒：臭氧在水中发生氧化还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧(O)和羟基(OH)，瞬间分解水中的有机物质、细菌和微生物。在纯水系统中添加臭氧，使之溶解于纯水，利用臭氧的氧化性以持续性地对储罐、循环管路的水进行消毒。

化学消毒：用化学消毒药物作用于微生物和病原体，使其蛋白质变性，失去正常功能而死亡。在水系统中，纯水在常温下储存使用，一定时间后停机进行化学消毒，常用的有含氯消毒剂，系统经过粗洗、药剂溶液清洗、冲洗等相关的操作，完成消毒。

[1]臭氧消毒除了在建造时投入配套的臭氧设备，运行时也需要考虑设备维护费用。相对巴氏消毒，臭氧消毒能够避免水的加热、降温等公用工程的持续性消耗；相对化学消毒，臭氧消毒避免了大量的纯水消耗、长时间停机对工厂生产的影响。

同时，臭氧消毒因稳定的、持续的微生物控制能力，减少了系统微生物超标引起的额外停机的概率，因而避免了额外的清洗消毒、原因分析、修改后的系统验证等相关的工作，因此，与其他两种方式比较，臭氧消毒运行的费用更低。

臭氧消毒技术

目前臭氧消毒技术在制药水系统中的使用，国外已有超过40年的经验。而我国GMP里要求纯化水的储存和分配应当防止微生物的滋生，对具体方式也已经不做明确的限定。随着市场上设备和仪表的技术逐渐先进、用户的了解和认可度提高，此项技术也将逐渐被选用。

森松有多个纯水系统的臭氧技术应用案例，能够帮助客户实现纯水系统的稳定及低能耗运行。2021年，森松获得由TÜV南德意志集团颁发的行业国内首张符合德国水资源法规的工厂证书，为全球的可持续性发展做出贡献。

下面，我们从臭氧消毒原理、臭氧系统构成以及安全防护这几方面带大家了解臭氧消毒技术。

臭氧消毒原理：臭氧是氧(O3)的气态三原子形式，是氧气的同素异构体。它在大气中可以通过紫外线(185纳米)照射氧气(O2)自然产生的。臭氧在大气温度和压力下极不稳定, 分解会形成自由基，这些自由基可以继续发生氧化反应，起到消毒作用的过程。

与其他常用的化学消毒剂(如氯)相比，臭氧具有非常高的致死系数。氯必须首先扩散到细菌细胞中才能导致死亡，臭氧主要通过攻击细菌细胞壁和细胞膜的有机成分来杀死细菌。这可能导致细胞破裂或“裂解”，与氯相比，这是一种更快的破坏机制(高达几千倍)。同时，臭氧杀菌后还原成氧，无残留和二次污染，所以它被称为绿色环保元素。

臭氧系统构成：臭氧消毒系统是由臭氧产生系统、臭氧破坏设备和相关控制装置组成。不同的系统，配置略有不同。ISPE介绍了适用不同臭氧产生方式的系统设计方案，如空气电晕法、氧气电晕法和电解水法。

电晕法

电解水法

如下图，适用于电解水法生产臭氧的消毒技术的配置进行举例：

纯水系统储罐和循环回路在环境温度下工作，利用电解水臭氧发生器，向水中添加臭氧。储罐中的水通过在储罐内保持有效的臭氧水平来连续消毒。当水进入循环回路时，它会通过紫外线臭氧破坏系统，臭氧在到达使用点之前被破坏。循环回路、系统需要定期消毒，通过关闭UV灯，来提高循环管路、整个系统的臭氧浓度。储罐相对于循环回路，更容易滋生微生物，而罐内水中臭氧的溶解、罐顶臭氧气态的存在，能很好地控制储罐内的微生物。

应用臭氧，可以连续地对系统的微生物进行控制，结合取样数据，周期性地提升臭氧浓度来进行系统的整体消毒，将有效控制微生物，以获得高质量的纯水。

影响系统性能的因素包括臭氧浓度、水温、水流速率、紫外线水平和系统仪表。好的臭氧消毒系统，离不开合适的设备、合理的安装、相互的配合使用，完整的操作指导和设备维护。总的来说，在纯水系统中使用了臭氧消毒系统，用户需要关注：

-  储罐水或UV臭氧破坏装置上游的臭氧浓度来保证储罐内的微生物控制。

-  确保使用足够的紫外线剂量来破坏臭氧。

-  紫外线破坏后水中溶解臭氧浓度，来确保纯水的安全使用。

-  对水温的控制，来满足用户对水温的要求，同时允许足够的臭氧溶解。

-  监控回水管路上的臭氧浓度，来监控间歇的纯水回路的臭氧消毒。

安全保护：臭氧是一种氧化剂，如果使用得当是安全的。如果使用不当，臭氧可能对环境、操作人员、设备有危害。其中，环境中高浓度的臭氧污染会刺激我们的呼吸道、眼睛和皮肤等，引发呼吸系统疾病，危害人体健康。因此，对臭氧的一些安全保护需要关注：

-  包含臭氧的罐顶放空尾气，因根据使用地的法规，考虑直排或去除臭氧后排放。排放点因选择安全的位置，避免对人员、厂房空调系统产生影响。

-  管路进行臭氧消毒时，程序控制的用户点会避免使用了包含臭氧的纯水。但是对于手动的使用点、取样点，则应进行合适SOP，用以避免人员的误操作，排放包含高浓度臭氧的纯水。

-  虽然系统在投入使用时已经检查了泄漏情况，但是不能保证在运行过程出现新的泄漏。因此，应使用一个或多个环境臭氧监测仪，以确保持续监测环境中的臭氧水平并迅速发现泄漏。

结语

臭氧消毒技术作为一种整体技术，需要考虑各个功能部件的匹配性以及运行逻辑的配合，才能够达成预期的目标，是一个复杂的系统设计过程。

对于冷纯化水使用量比较大的工厂，臭氧消毒是非常理想的选择。在良好设备配置、充分的使用管理下，臭氧消毒技术在纯化水系统中可以对微生物进行有效的控制、减少能源的消耗，安全可靠。

了解臭氧消毒系统的原理以及好处，有利于用户在新建或改造系统对于技术方案有更全面的认识，做出充分的比较和选择。相信随着应用案例的增加和运行数据的积累，臭氧消毒技术能够更好地帮助纯水系统降低能耗，高质量运行。

本文由森松生命科技技术部提供

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