日本應(yīng)用臭氧的歷史與展望

1.日本的消毒操作

       歐洲使用臭氧也是從水消毒起步的?？v觀世界各地諸多水消毒方法，在日本無論哪里均可放心飲用水龍頭出來的水，確實讓人感慨。為確保飲用水在流行病上的安全性，加氯也成了一項必要的作業(yè)，因多少會在水龍頭上殘留有一定量的氯。氯消毒作業(yè)本身源于GHQ（駐日聯(lián)合國軍總司令部）之倡導(dǎo)，目的是讓日本人擺脫戰(zhàn)后的不潔生活狀態(tài)。1950年至1960年所謂自來水時代，作為恢復(fù)日本人健康的技術(shù)手段得以發(fā)展。自來水業(yè)也隨產(chǎn)業(yè)復(fù)興助力了國力之增強(qiáng)，人口流向城市、工業(yè)發(fā)展，城市擴(kuò)張。人們的健康有消毒的自來水而得以保障，但也使住民疏遠(yuǎn)了水系。即使生活水平提高了，但生活環(huán)境卻不斷惡化。

       如今，隨著自來水及污水管道城市設(shè)施的普及，水系傳染病得以減少。社會生活文化水平的提高，從相關(guān)各種疾病的信息匯集到針對難以根治癌癥的方法及抑制致癌物質(zhì)等作為社會問題而廣受關(guān)注。二十世紀(jì)80年代因氯處理產(chǎn)生三鹵甲烷（THM）的致癌性物質(zhì)問題，導(dǎo)致了應(yīng)重視相關(guān)病原性細(xì)菌引發(fā)流行病的安全性，還是應(yīng)重視致癌物質(zhì)防治而對氯處理技術(shù)評價之討論。經(jīng)風(fēng)險分析，從基于可允許人持續(xù)飲用自來水70年而其患病率約為10萬分之一這一立場出發(fā)，希望能限制THM的濃度。

       二十世紀(jì)90年代氯消毒無法殺死原蟲類的隱孢子蟲導(dǎo)致腹瀉或死亡成為世界性的話題。日本也出現(xiàn)此種病例后，開始通過監(jiān)管過濾水濁度，或引入膜處理技術(shù)、紫外線照射和臭氧處理來強(qiáng)化消毒等作為技術(shù)應(yīng)對。并意識到過去僅靠氯消毒處理操作是不夠的。同時在水消費(fèi)者中留下了自來水不好的烙印，飲用水有被瓶裝水所替代的趨勢。為求好喝的水并減少以THM為代表的有機(jī)氯化物（TOX）的生成，盡量減少氯加入量而導(dǎo)入了臭氧+活性炭處理，即深度處理技術(shù)的水廠也增多了。但社會上也出現(xiàn)這類技術(shù)要價高且自來水是否都必須是深度凈水的質(zhì)疑聲。

 

2.關(guān)于氯與臭氧的發(fā)現(xiàn)過程

       臭氧本身是離我們?nèi)粘Ｉ畈⒉贿b遠(yuǎn)的物質(zhì)，地球的同溫層中存在臭氧層。近年來臭氧層遭破壞，有報道因此皮膚癌的發(fā)病率增加了。據(jù)說這是因為作為制冷劑的氟和氯的化合物到達(dá)同溫層，受太陽紫外線照射在臭氧層發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致臭氧減少，形成了臭氧空洞。另外在北緯40度附近處因大氣循環(huán)形成了一個從同溫層吹下來的通道。在打雷后或灼熱夏日海岸線等處，會有臭氧發(fā)生，且其臭味驚人。雖也有認(rèn)為是由地上的各種有機(jī)物反應(yīng)所致，但地上的各處未發(fā)現(xiàn)臭氧反應(yīng)生成物蓄積痕跡。這說明反應(yīng)中看副生成物產(chǎn)生且會在自然的分解路徑中分解消失。

 

       作為消毒劑和氧化劑的化學(xué)物質(zhì)，回顧氯與臭氧的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用。氯于1774年Carl Scheele”所發(fā)現(xiàn)。由于這種元素呈綠黃色，因此1810年生于英國的彭贊斯，任內(nèi)科醫(yī)生助手的Sir lHumphery Davy用希臘語將其命名為氯。又發(fā)現(xiàn)氯化鈉等在電解實驗中存著強(qiáng)氧化性的酸，而自然界中并不存在。氯分子本身是由工業(yè)化制造、完全是人造物質(zhì)。DDT、BHC、PCB，及氟隆、聚氯乙烯等有機(jī)氯化物是一些功能性優(yōu)良的材料，自然界又不存，正因如此，而成為珍貴的原材料應(yīng)用在多個領(lǐng)域。但自然界中尚未有能分解這些物質(zhì)的細(xì)菌群為主體的凈化體系及循環(huán)路徑，因而作為難分解性物質(zhì)或毒物留存于生物體內(nèi)，或長年棄置殘留體在填埋場等山野上，對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了惡性影響，

 

       臭氧的存在是由荷蘭化學(xué)家M.van Marum于1785年發(fā)現(xiàn)的。比發(fā)現(xiàn)氯晚了10多年。1839年，生于1799年德國化學(xué)家Christian Friedrich Schoenbein 特定其為一種新物質(zhì)。當(dāng)時尚無法為微量臭氧準(zhǔn)確定量，但他將此新物質(zhì)稱為“臭味氧氣”）。

1999年10月，在他進(jìn)行研究工作40年的巴塞爾市，舉行了C.F.Schoenbein博士誕辰200周年紀(jì)念活動。照片1-1是為了頌揚(yáng)博士偉績而發(fā)行的紀(jì)念郵票，為該市名人之一。

       將這些氧化劑應(yīng)用到細(xì)菌類的消毒上，大約過了半個世紀(jì)，其間需積累許多有關(guān)病原細(xì)菌群的醫(yī)學(xué)知識及列出醫(yī)療領(lǐng)域的消毒程序。1850至1860年間，倫敦發(fā)生大規(guī)?；魜y，相比用表語土河水凝聚沉淀供水區(qū)，用緩速過濾供水區(qū)的病者較少，由此開始研究過濾中的生物過濾膜功能。

 

       1850至1900年間，發(fā)現(xiàn)了許多病原菌，如炭疽桿菌（1876）、結(jié)核菌（1882）、霍亂菌（1884），傷寒、瘧疾、白喉、赤痢、破傷風(fēng)、天花等病原菌被發(fā)現(xiàn)，1900年，又發(fā)現(xiàn)病毒，1915年，立克次氏體屬微生物被發(fā)現(xiàn)。此期間應(yīng)對這些細(xì)菌群的醫(yī)療器械及房屋的消毒，開發(fā)了物理性或化學(xué)性消毒法。

 

3.凈水工程中的臭氧處理與氯處理

       在對大水量消毒這一層面上，臭氧和氯的應(yīng)用是在二十世紀(jì)后才開始的。1906年法國尼斯水廠首先應(yīng)用臭氧。1920年至1960年間，法國社會爭執(zhí)于用臭氧還是氯來消毒，很終，臭氧處理的地位超過了氯處理。如今，臭氧處理已成消毒操作主流，為確保供水管網(wǎng)安全，采用并加少量氯的方法。1909年”，工業(yè)大量生產(chǎn)液氯方式以滿足氯消毒需要，1912年美國尼亞加拉市營自來水管道開始采用臭氧加少量氯的處理方式。

       日本從1930年開始以消毒為目的導(dǎo)入臭氧處理技術(shù)，很初是北九州市當(dāng)時的八幅市山神水廠。翌年，戶煙市大谷水廠也開始使用。采用的都是西門子式發(fā)生裝置，但因與歐洲存在濕度差異且技術(shù)不成熟等，臭氧發(fā)生量很低，而未取得預(yù)想效果，留下了一個耗電大、不適合自來水處理的烙印，于是兩家水廠該裝置各停用了3年和2年。戰(zhàn)后的凈水消毒，氯處理起了主要作用。

二十世紀(jì)60年代后半期，日本迎來了高速增長期，隨之的公害使環(huán)境污染加劇，自來水源也被污染。水庫進(jìn)一步富營養(yǎng)化，甚至發(fā)生了水發(fā)臭的問題，而氯無法充分應(yīng)對，從而再次審視臭氧處理。

       1971至1973年間，琵琶湖出現(xiàn)霉味，為去除此霉味，以尼崎市為首，大阪、京都及大津市也都組建了委員會，并通過現(xiàn)場試驗討論應(yīng)對措施，主要是臭氧處理技術(shù)，各經(jīng)2~3年的實驗，確認(rèn)掌握了可充分去除霉味的方法。尼崎市于1973年8月正式啟用臭氧處理設(shè)施。相隔43年的臭氧處理技術(shù)復(fù)活了，且非中央而由地方水廠開拓的新技術(shù)令人注目。1974年至1975年，倉敷市和八代町也隨之興建了。巧的是琵琶湖的發(fā)臭從1974年自然消失了。當(dāng)時認(rèn)為臭氧處理的成本高，每處理1m°的水需0.5~1日元左右的電費(fèi)，經(jīng)估算稍高于氯處理的成本。

       至1980年止，有6個水廠使用了此技術(shù)。進(jìn)入二十世紀(jì)80年代，作為應(yīng)對霉味和水色的措施，福岡縣福間町、千葉縣成田市等5個水廠開始應(yīng)用此技術(shù)。進(jìn)入90年代，為滿足消費(fèi)者高質(zhì)量水的要求，確保水更安全，且作為防臭、降低三鹵甲烷前體物質(zhì)及應(yīng)對隱孢子蟲措施，沖繩縣北谷水廠和東京都金町水廠開始興建臭氧處理設(shè)施，其后有20多個水廠購置啟用了這種設(shè)施。從2000年后各水廠繼續(xù)興建，到2014年末，應(yīng)用臭氧處理技術(shù)水廠的總數(shù)已超過了60家。

       為去除環(huán)境微量污染物質(zhì)等，今后乃需要僅少量技術(shù)人員即能應(yīng)對的小型凈水設(shè)施，故開發(fā)維護(hù)容易且安全的小型設(shè)施用于深度處理工藝的階段已經(jīng)來臨?？傊?，為有安全而好喝的水，臭氧處理將成為不可缺的工藝。
      摘自：《臭氧技術(shù)手冊》一書