日本應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。縱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，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)復興助力了國力之增強，人口流向城市、工業(yè)發(fā)展，城市擴張。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，導致了應重視相關(guān)病原性細菌引發(fā)流行病的安全性，還是應重視致癌物質(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90年代氯消毒無法殺死原蟲類的隱孢子蟲導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化消毒等作為技術(shù)應對。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為代表的有機氯化物（TOX）的生成，盡量減少氯加入量而導入了臭氧+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同溫層，受太陽紫外線照射在臭氧層發(fā)生反應而導致臭氧減少，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。雖也有認為是由地上的各種有機物反應所致，但地上的各處未發(fā)現(xiàn)臭氧反應生成物蓄積痕跡。這說明反應中看副生成物產(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物質(zhì)，回顧氯與臭氧的發(fā)現(xiàn)與應用。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用在多個領域。但自然界中尚未有能分解這些物質(zhì)的細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年德國化學家Christian Friedrich Schoenbein 特定其為一種新物質(zhì)。當時尚無法為微量臭氧準確定量，但他將此新物質(zhì)稱為“臭味氧氣”）。

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

       將這些氧化劑應用到細菌類的消毒上，大約過了半個世紀，其間需積累許多有關(guān)病原細菌群的醫(yī)學知識及列出醫(yī)療領域的消毒程序。1850至1860年間，倫敦發(fā)生大規(guī)模霍亂，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、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)。此期間應對這些細菌群的醫(yī)療器械及房屋的消毒，開發(fā)了物理性或化學性消毒法。

 

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，臭氧和氯的應用是在二十世紀后才開始的。1906年法國尼斯水廠首先應用臭氧。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入臭氧處理技術(shù)，很初是北九州市當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)場試驗討論應對措施，主要是臭氧處理技術(shù)，各經(jīng)2~3年的實驗，確認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施。相隔43年的臭氧處理技術(shù)復活了，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。當時認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，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)。進入二十世紀80年代，作為應對霉味和水色的措施，福岡縣福間町、千葉縣成田市等5個水廠開始應用此技術(shù)。進入90年代，為滿足消費者高質(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施，其后有20多個水廠購置啟用了這種設施。從2000年后各水廠繼續(xù)興建，到2014年末，應用臭氧處理技術(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)人員即能應對的小型凈水設施，故開發(fā)維護容易且安全的小型設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