連續型臭氧消毒在純化水系統中的應用

劉乾輝 孫美娟

連續型臭氧消毒在純化水系統中的應用

劉乾輝 孫美娟

（上海奧星制藥技術裝備有限公司，河北石家莊050000）

對連續型臭氧消毒系統及其電氣控制系統進行了詳細的分析，驗證了臭氧消毒在純化水系統中的有效應用，可節約人力和公共工程成本，提高供水質量和生產效率。

臭氧消毒；純化水；制藥用水；應用

0 引言

制藥用水系統的分配單元是整個儲存與分配系統的核心單元。由于分配系統沒有純化功能，因此，需要定期通過消毒手段來控制水中微生物的負荷。

與傳統的巴氏消毒相比，臭氧消毒的方法更能有效地殺滅水中的微生物，并可有效降解生物膜，經紫外燈破除后的臭氧無殘留。與巴氏消毒相比，臭氧消毒具有操作簡單、水溫無波動、無需工業蒸汽、消毒時間短等優勢[1]。臭氧消毒可以作為純化水常溫儲存與分配系統的主要消毒措施。

筆者通過實踐測試，在純化水儲存與分配系統上配置臭氧發生器和臭氧破除設備，可通過連續自動地控制系統進行定期消毒。連續一年的運行與驗證數據表明：設備具有良好的消毒效果。

1 連續型臭氧消毒系統

國外多利用電解法產生臭氧。其原理是用低壓直流電電解水，使特制的陽極界面氧化產生臭氧。電解法在陽極析出臭氧，陰極析出氫氣。臭氧發生器可產生較高濃度的臭氧，且產物中無有害氮氧化物[2]。臭氧產生后溶解在水中，經循環系統回到儲罐。當水中臭氧濃度達到8 ppb時，微生物即停止繁殖；水中臭氧濃度超過50 ppb時，能有效殺死微生物和細菌[3]。ISPE建議水中臭氧濃度控制在20～200 ppb。

水電解臭氧消毒系統主要由水電解臭氧發生器、紫外燈、變頻輸送泵、換熱器、取樣閥、隔膜閥、管道管件等主要循環部分組成。同時，使用溫度傳感器、壓力傳感器、臭氧傳感器、電導率傳感器、TOC在線監測儀器等實現對水質的實時監控，通過數據存儲卡和實時打印機對整個生產消毒過程數據進行記錄，實現數據的存儲和可追溯性。

整個分配系統安裝3個在線臭氧探頭，分別對純化水罐、管網入口端和管網回水端的臭氧濃度進行實時在線監測。由于純化水罐為常壓容器，通過呼吸器與外界進行氣體交換，為避免臭氧進入室內對人體健康造成危害，利用臭氧加熱易分解的特性，在呼吸器出口安裝臭氧破除器，對氣體中的臭氧進行加熱破除。

連續型臭氧消毒系統（圖1）正常生產時，臭氧發生器和紫外燈均開啟，使純化水罐始終處于一定濃度的臭氧保護狀態下，選擇波長為253.7 nm的紫外燈射線對臭氧從循環管網系統中進行完全破除，并通過傳感器對紫外燈后、循環管網前的臭氧濃度進行實時監測，保證管網各個用點的純化水中無殘留臭氧。將設備設定為周期性消毒，當消毒周期期滿后，系統啟動消毒程序，自動將紫外燈關閉，監測純化水罐體、管網入口及管網回水的臭氧濃度，監測數值均達到設定值以上并保持一定時間，消毒步驟自動結束，紫外燈自動開啟，破除進入循環管網中的臭氧，直至管網回水處的臭氧傳感器檢測濃度低于設定值，此時系統恢復運行狀態。制；以各種傳感器為反饋元件，以變頻電機、調節閥、開關閥為執行元件，可對系統進行自動控制。

PLC與觸摸屏之間通過總線通訊，通過數字量、模擬量輸入模塊采集信號，監控整個系統的運行狀態，通過數字量、模擬量輸出模塊控制各個閥門、變頻器及臭氧發生器啟停，通過模擬量輸入模塊采集管網流量、臭氧濃度等傳感器信號，通過模

圖1 連續型臭氧消毒系統

2 電氣控制系統

為了使客戶安全方便使用，連續型臭氧消毒系統采用多級用戶權限的數控系統，采用觸摸屏作為人機界面，可以進行系統的參數設置、存儲，并可對裝置的運行狀態進行實時監控。以可編程控制器為控制核心，可以對運行及消毒過程進行高精度控擬量輸出模塊控制循環泵頻率、臭氧發生器的產能調節。

模擬量輸入模塊是專門外接模擬量輸入信號，并通過內部電路將其轉化為PLC可處理的數字信號的一種特殊模塊。臭氧傳感器將化學信號轉化為4～20 mA的電流信號。工業上采用最廣泛的是用4～20 mA電流來傳輸模擬量信號，主要的原因是電流信號不容易受干擾，并且由于電流源內阻無窮大，使得導線電阻串聯在回路中不影響信號精度，即便是普通雙絞線，依然可以傳輸數百米。電流上限取20 mA，可以滿足設備防爆的要求，20 mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯；電流下限選擇4 mA，可以方便地檢測傳感器是否斷線，因為傳感器正常工作時信號電流不會低于4 mA，如果信號線因故障斷路，環路電流則降為0 mA，以此判斷線路故障并及時報警，提醒設備操作維護人員對設備進行檢修。

在連續型臭氧消毒系統裝置中，臭氧傳感器的信號值經由模擬量輸入模塊采集、轉化為數字量后，由CPU進行處理，可在觸摸屏上顯示。在生產、消毒過程中，如果遭遇臭氧濃度異常情況，PLC將發出相關報警，并可在觸摸屏上提示操作人員采取相應的解決方法。

臭氧具有強氧化能力，使用時要注意橡膠制品等物品的遠離，以免被腐蝕。另外，臭氧會刺激人的呼吸系統，嚴重者會對人體造成傷害[4]。為保證運行安全，在制水間內布置手持式臭氧濃度監測儀，如因特殊故障（如臭氧破除器故障）造成室內臭氧濃度過高，可以及時監測報警，提醒員工采取適當措施。

3 結語

《中國藥典》規定每毫升純化水中細菌、霉菌、酵母菌總數不能超過100個，為保證純化水微生物限度合格，藥品生產管理規范對純化水儲罐、管道材質、設計均有嚴格要求，并需要經過清洗和消毒驗證。經過對設備的工藝驗證，臭氧消毒簡便高效地保證了純化水系統的水質合格。

與常規消毒相比，臭氧消毒具有高效、高潔凈、方便、經濟等特點，避免了其他消毒方法產生的二次污染。其中，連續型臭氧消毒方法操作簡單，極大地節約了人力和公共工程成本，可有效地提高供水質量和生產效率。連續型臭氧裝置系統設計科學、合理，具有廣闊的市場前景。

[1] 何國強，易軍，張功臣.制藥用水系統[M].北京：化學工業出版社，2011：149-151.

[2] 夏志清，楊君，丁從文.臭氧消毒簡介[J].化學教育，2006（10）：8-9.

[3] 何國強，易軍，張功臣.制藥流體工藝實施手冊[M].北京：化學工業出版社，2013：223-225.

[4] 李繼紅，李秀敏，馮艷秋.臭氧在純化水制備過程中的應用[J].遼寧農業職業技術學院學報，2003（3）：22-23.

2015-06-19

劉乾輝（1985—），男，河北人，助理工程師，從事制藥設備自動控制系統的研究工作。