日本应用臭氧的历史与展望

日本应用臭氧的历史与展望

1.日本的消毒操作

       欧洲使用臭氧也是从水消毒起步的。纵观世界各地诸多水消毒方法，在日本无论哪里均可放心饮用水龙头出来的水，确实让人感慨。为确保饮用水在流行病上的安全性，加氯也成了一项必要的作业，因多少会在水龙头上残留有一定量的氯。氯消毒作业本身源于GHQ（驻日联合国军总司令部）之倡导，目的是让日本人摆脱战后的不洁生活状态。1950年至1960年所谓自来水时代，作为恢复日本人健康的技术手段得以发展。自来水业也随产业复兴助力了国力之增强，人口流向城市、工业发展，城市扩张。人们的健康有消毒的自来水而得以保障，但也使住民疏远了水系。即使生活水平提高了，但生活环境却不断恶化。

       如今，随着自来水及污水管道城市设施的普及，水系传染病得以减少。社会生活文化水平的提高，从相关各种疾病的信息汇集到针对难以根治癌症的方法及抑制致癌物质等作为社会问题而广受关注。二十世纪80年代因氯处理产生三卤甲烷（THM）的致癌性物质问题，导致了应重视相关病原性细菌引发流行病的安全性，还是应重视致癌物质防治而对氯处理技术评价之讨论。经风险分析，从基于可允许人持续饮用自来水70年而其患病率约为10万分之一这一立场出发，希望能限制THM的浓度。

       二十世纪90年代氯消毒无法杀死原虫类的隐孢子虫导致腹泻或死亡成为世界性的话题。日本也出现此种病例后，开始通过监管过滤水浊度，或引入膜处理技术、紫外线照射和臭氧处理来强化消毒等作为技术应对。并意识到过去仅靠氯消毒处理操作是不够的。同时在水消费者中留下了自来水不好的烙印，饮用水有被瓶装水所替代的趋势。为求好喝的水并减少以THM为代表的有机氯化物（TOX）的生成，尽量减少氯加入量而导入了臭氧+活性炭处理，即深度处理技术的水厂也增多了。但社会上也出现这类技术要价高且自来水是否都必须是深度净水的质疑声。

 

2.关于氯与臭氧的发现过程

       臭氧本身是离我们日常生活并不遥远的物质，地球的同温层中存在臭氧层。近年来臭氧层遭破坏，有报道因此皮肤癌的发病率增加了。据说这是因为作为制冷剂的氟和氯的化合物到达同温层，受太阳紫外线照射在臭氧层发生反应而导致臭氧减少，形成了臭氧空洞。另外在北纬40度附近处因大气循环形成了一个从同温层吹下来的通道。在打雷后或灼热夏日海岸线等处，会有臭氧发生，且其臭味惊人。虽也有认为是由地上的各种有机物反应所致，但地上的各处未发现臭氧反应生成物蓄积痕迹。这说明反应中看副生成物产生且会在自然的分解路径中分解消失。

 

       作为消毒剂和氧化剂的化学物质，回顾氯与臭氧的发现与应用。氯于1774年Carl Scheele”所发现。由于这种元素呈绿黄色，因此1810年生于英国的彭赞斯，任内科医生助手的Sir lHumphery Davy用希腊语将其命名为氯。又发现氯化钠等在电解实验中存着强氧化性的酸，而自然界中并不存在。氯分子本身是由工业化制造、完全是人造物质。DDT、BHC、PCB，及氟隆、聚氯乙烯等有机氯化物是一些功能性优良的材料，自然界又不存，正因如此，而成为珍贵的原材料应用在多个领域。但自然界中尚未有能分解这些物质的细菌群为主体的净化体系及循环路径，因而作为难分解性物质或毒物留存于生物体内，或长年弃置残留体在填埋场等山野上，对生态系统产生了恶性影响，

 

       臭氧的存在是由荷兰化学家M.van Marum于1785年发现的。比发现氯晚了10多年。1839年，生于1799年德国化学家Christian Friedrich Schoenbein 特定其为一种新物质。当时尚无法为微量臭氧准确定量，但他将此新物质称为“臭味氧气”）。

1999年10月，在他进行研究工作40年的巴塞尔市，举行了C.F.Schoenbein博士诞辰200周年纪念活动。照片1-1是为了颂扬博士伟绩而发行的纪念邮票，为该市名人之一。

       将这些氧化剂应用到细菌类的消毒上，大约过了半个世纪，其间需积累许多有关病原细菌群的医学知识及列出医疗领域的消毒程序。1850至1860年间，伦敦发生大规模霍乱，相比用表语土河水凝聚沉淀供水区，用缓速过滤供水区的病者较少，由此开始研究过滤中的生物过滤膜功能。

 

       1850至1900年间，发现了许多病原菌，如炭疽杆菌（1876）、结核菌（1882）、霍乱菌（1884），伤寒、疟疾、白喉、赤痢、破伤风、天花等病原菌被发现，1900年，又发现病毒，1915年，立克次氏体属微生物被发现。此期间应对这些细菌群的医疗器械及房屋的消毒，开发了物理性或化学性消毒法。

 

3.净水工程中的臭氧处理与氯处理

       在对大水量消毒这一层面上，臭氧和氯的应用是在二十世纪后才开始的。1906年法国尼斯水厂首先应用臭氧。1920年至1960年间，法国社会争执于用臭氧还是氯来消毒，很终，臭氧处理的地位超过了氯处理。如今，臭氧处理已成消毒操作主流，为确保供水管网安全，采用并加少量氯的方法。1909年”，工业大量生产液氯方式以满足氯消毒需要，1912年美国尼亚加拉市营自来水管道开始采用臭氧加少量氯的处理方式。

       日本从1930年开始以消毒为目的导入臭氧处理技术，很初是北九州市当时的八幅市山神水厂。翌年，户烟市大谷水厂也开始使用。采用的都是西门子式发生装置，但因与欧洲存在湿度差异且技术不成熟等，臭氧发生量很低，而未取得预想效果，留下了一个耗电大、不适合自来水处理的烙印，于是两家水厂该装置各停用了3年和2年。战后的净水消毒，氯处理起了主要作用。

二十世纪60年代后半期，日本迎来了高速增长期，随之的公害使环境污染加剧，自来水源也被污染。水库进一步富营养化，甚至发生了水发臭的问题，而氯无法充分应对，从而再次审视臭氧处理。

       1971至1973年间，琵琶湖出现霉味，为去除此霉味，以尼崎市为首，大阪、京都及大津市也都组建了委员会，并通过现场试验讨论应对措施，主要是臭氧处理技术，各经2~3年的实验，确认掌握了可充分去除霉味的方法。尼崎市于1973年8月正式启用臭氧处理设施。相隔43年的臭氧处理技术复活了，且非中央而由地方水厂开拓的新技术令人注目。1974年至1975年，仓敷市和八代町也随之兴建了。巧的是琵琶湖的发臭从1974年自然消失了。当时认为臭氧处理的成本高，每处理1m°的水需0.5~1日元左右的电费，经估算稍高于氯处理的成本。

       至1980年止，有6个水厂使用了此技术。进入二十世纪80年代，作为应对霉味和水色的措施，福冈县福间町、千叶县成田市等5个水厂开始应用此技术。进入90年代，为满足消费者高质量水的要求，确保水更安全，且作为防臭、降低三卤甲烷前体物质及应对隐孢子虫措施，冲绳县北谷水厂和东京都金町水厂开始兴建臭氧处理设施，其后有20多个水厂购置启用了这种设施。从2000年后各水厂继续兴建，到2014年末，应用臭氧处理技术水厂的总数已超过了60家。

       为去除环境微量污染物质等，今后乃需要仅少量技术人员即能应对的小型净水设施，故开发维护容易且安全的小型设施用于深度处理工艺的阶段已经来临。总之，为有安全而好喝的水，臭氧处理将成为不可缺的工艺。
      摘自：《臭氧技术手册》一书