劉乾輝 孫美娟

連續(xù)型臭氧消毒在純化水系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉乾輝 孫美娟

（上海奧星制藥技術(shù)裝備有限公司，河北石家莊050000）

對連續(xù)型臭氧消毒系統(tǒng)及其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，驗(yàn)證了臭氧消毒在純化水系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，可節(jié)約人力和公共工程成本，提高供水質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

臭氧消毒；純化水；制藥用水；應(yīng)用

0 引言

制藥用水系統(tǒng)的分配單元是整個(gè)儲(chǔ)存與分配系統(tǒng)的核心單元。由于分配系統(tǒng)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(fù)荷。

與傳統(tǒng)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(jīng)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?zé)o波動(dòng)、無需工業(yè)蒸汽、消毒時(shí)間短等優(yōu)勢[1]。臭氧消毒可以作為純化水常溫儲(chǔ)存與分配系統(tǒng)的主要消毒措施。

筆者通過實(shí)踐測試，在純化水儲(chǔ)存與分配系統(tǒng)上配置臭氧發(fā)生器和臭氧破除設(shè)備，可通過連續(xù)自動(dòng)地控制系統(tǒng)進(jìn)行定期消毒。連續(xù)一年的運(yùn)行與驗(yàn)證數(shù)據(jù)表明：設(shè)備具有良好的消毒效果。

1 連續(xù)型臭氧消毒系統(tǒng)

國外多利用電解法產(chǎn)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(chǎn)生臭氧。電解法在陽極析出臭氧，陰極析出氫氣。臭氧發(fā)生器可產(chǎn)生較高濃度的臭氧，且產(chǎn)物中無有害氮氧化物[2]。臭氧產(chǎn)生后溶解在水中，經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)回到儲(chǔ)罐。當(dāng)水中臭氧濃度達(dá)到8 ppb時(shí)，微生物即停止繁殖；水中臭氧濃度超過50 ppb時(shí)，能有效殺死微生物和細(xì)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(tǒng)主要由水電解臭氧發(fā)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(huán)部分組成。同時(shí)，使用溫度傳感器、壓力傳感器、臭氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器、TOC在線監(jiān)測儀器等實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡和實(shí)時(shí)打印機(jī)對整個(gè)生產(chǎn)消毒過程數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和可追溯性。

整個(gè)分配系統(tǒng)安裝3個(gè)在線臭氧探頭，分別對純化水罐、管網(wǎng)入口端和管網(wǎng)回水端的臭氧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。由于純化水罐為常壓容器，通過呼吸器與外界進(jìn)行氣體交換，為避免臭氧進(jìn)入室內(nèi)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(jìn)行加熱破除。

連續(xù)型臭氧消毒系統(tǒng)（圖1）正常生產(chǎn)時(shí)，臭氧發(fā)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(hù)狀態(tài)下，選擇波長為253.7 nm的紫外燈射線對臭氧從循環(huán)管網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行完全破除，并通過傳感器對紫外燈后、循環(huán)管網(wǎng)前的臭氧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證管網(wǎng)各個(gè)用點(diǎn)的純化水中無殘留臭氧。將設(shè)備設(shè)定為周期性消毒，當(dāng)消毒周期期滿后，系統(tǒng)啟動(dòng)消毒程序，自動(dòng)將紫外燈關(guān)閉，監(jiān)測純化水罐體、管網(wǎng)入口及管網(wǎng)回水的臭氧濃度，監(jiān)測數(shù)值均達(dá)到設(shè)定值以上并保持一定時(shí)間，消毒步驟自動(dòng)結(jié)束，紫外燈自動(dòng)開啟，破除進(jìn)入循環(huán)管網(wǎng)中的臭氧，直至管網(wǎng)回水處的臭氧傳感器檢測濃度低于設(shè)定值，此時(shí)系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。制；以各種傳感器為反饋元件，以變頻電機(jī)、調(diào)節(jié)閥、開關(guān)閥為執(zhí)行元件，可對系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。

PLC與觸摸屏之間通過總線通訊，通過數(shù)字量、模擬量輸入模塊采集信號(hào)，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過數(shù)字量、模擬量輸出模塊控制各個(gè)閥門、變頻器及臭氧發(fā)生器啟停，通過模擬量輸入模塊采集管網(wǎng)流量、臭氧濃度等傳感器信號(hào)，通過模

圖1 連續(xù)型臭氧消毒系統(tǒng)

2 電氣控制系統(tǒng)

為了使客戶安全方便使用，連續(xù)型臭氧消毒系統(tǒng)采用多級用戶權(quán)限的數(shù)控系統(tǒng)，采用觸摸屏作為人機(jī)界面，可以進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、存儲(chǔ)，并可對裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。以可編程控制器為控制核心，可以對運(yùn)行及消毒過程進(jìn)行高精度控?cái)M量輸出模塊控制循環(huán)泵頻率、臭氧發(fā)生器的產(chǎn)能調(diào)節(jié)。

模擬量輸入模塊是專門外接模擬量輸入信號(hào)，并通過內(nèi)部電路將其轉(zhuǎn)化為PLC可處理的數(shù)字信號(hào)的一種特殊模塊。臭氧傳感器將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為4～20 mA的電流信號(hào)。工業(yè)上采用最廣泛的是用4～20 mA電流來傳輸模擬量信號(hào)，主要的原因是電流信號(hào)不容易受干擾，并且由于電流源內(nèi)阻無窮大，使得導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響信號(hào)精度，即便是普通雙絞線，依然可以傳輸數(shù)百米。電流上限取20 mA，可以滿足設(shè)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?yàn)閭鞲衅髡９ぷ鲿r(shí)信號(hào)電流不會(huì)低于4 mA，如果信號(hào)線因故障斷路，環(huán)路電流則降為0 mA，以此判斷線路故障并及時(shí)報(bào)警，提醒設(shè)備操作維護(hù)人員對設(shè)備進(jìn)行檢修。

在連續(xù)型臭氧消毒系統(tǒng)裝置中，臭氧傳感器的信號(hào)值經(jīng)由模擬量輸入模塊采集、轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，由CPU進(jìn)行處理，可在觸摸屏上顯示。在生產(chǎn)、消毒過程中，如果遭遇臭氧濃度異常情況，PLC將發(fā)出相關(guān)報(bào)警，并可在觸摸屏上提示操作人員采取相應(yīng)的解決方法。

臭氧具有強(qiáng)氧化能力，使用時(shí)要注意橡膠制品等物品的遠(yuǎn)離，以免被腐蝕。另外，臭氧會(huì)刺激人的呼吸系統(tǒng)，嚴(yán)重者會(huì)對人體造成傷害[4]。為保證運(yùn)行安全，在制水間內(nèi)布置手持式臭氧濃度監(jiān)測儀，如因特殊故障（如臭氧破除器故障）造成室內(nèi)臭氧濃度過高，可以及時(shí)監(jiān)測報(bào)警，提醒員工采取適當(dāng)措施。

3 結(jié)語

《中國藥典》規(guī)定每毫升純化水中細(xì)菌、霉菌、酵母菌總數(shù)不能超過100個(gè)，為保證純化水微生物限度合格，藥品生產(chǎn)管理規(guī)范對純化水儲(chǔ)罐、管道材質(zhì)、設(shè)計(jì)均有嚴(yán)格要求，并需要經(jīng)過清洗和消毒驗(yàn)證。經(jīng)過對設(shè)備的工藝驗(yàn)證，臭氧消毒簡便高效地保證了純化水系統(tǒng)的水質(zhì)合格。

與常規(guī)消毒相比，臭氧消毒具有高效、高潔凈、方便、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，避免了其他消毒方法產(chǎn)生的二次污染。其中，連續(xù)型臭氧消毒方法操作簡單，極大地節(jié)約了人力和公共工程成本，可有效地提高供水質(zhì)量和生產(chǎn)效率。連續(xù)型臭氧裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)、合理，具有廣闊的市場前景。

[1] 何國強(qiáng)，易軍，張功臣.制藥用水系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：149-151.

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

[3] 何國強(qiáng)，易軍，張功臣.制藥流體工藝實(shí)施手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)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(yīng)用[J].遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，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(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究工作。