连续型臭氧消毒在纯化水系统中的应用

刘乾辉 孙美娟

连续型臭氧消毒在纯化水系统中的应用

刘乾辉 孙美娟

（上海奥星制药技术装备有限公司，河北石家庄050000）

对连续型臭氧消毒系统及其电气控制系统进行了详细的分析，验证了臭氧消毒在纯化水系统中的有效应用，可节约人力和公共工程成本，提高供水质量和生产效率。

臭氧消毒；纯化水；制药用水；应用

0 引言

制药用水系统的分配单元是整个储存与分配系统的核心单元。由于分配系统没有纯化功能，因此，需要定期通过消毒手段来控制水中微生物的负荷。

与传统的巴氏消毒相比，臭氧消毒的方法更能有效地杀灭水中的微生物，并可有效降解生物膜，经紫外灯破除后的臭氧无残留。与巴氏消毒相比，臭氧消毒具有操作简单、水温无波动、无需工业蒸汽、消毒时间短等优势[1]。臭氧消毒可以作为纯化水常温储存与分配系统的主要消毒措施。

笔者通过实践测试，在纯化水储存与分配系统上配置臭氧发生器和臭氧破除设备，可通过连续自动地控制系统进行定期消毒。连续一年的运行与验证数据表明：设备具有良好的消毒效果。

1 连续型臭氧消毒系统

国外多利用电解法产生臭氧。其原理是用低压直流电电解水，使特制的阳极界面氧化产生臭氧。电解法在阳极析出臭氧，阴极析出氢气。臭氧发生器可产生较高浓度的臭氧，且产物中无有害氮氧化物[2]。臭氧产生后溶解在水中，经循环系统回到储罐。当水中臭氧浓度达到8 ppb时，微生物即停止繁殖；水中臭氧浓度超过50 ppb时，能有效杀死微生物和细菌[3]。ISPE建议水中臭氧浓度控制在20～200 ppb。

水电解臭氧消毒系统主要由水电解臭氧发生器、紫外灯、变频输送泵、换热器、取样阀、隔膜阀、管道管件等主要循环部分组成。同时，使用温度传感器、压力传感器、臭氧传感器、电导率传感器、TOC在线监测仪器等实现对水质的实时监控，通过数据存储卡和实时打印机对整个生产消毒过程数据进行记录，实现数据的存储和可追溯性。

整个分配系统安装3个在线臭氧探头，分别对纯化水罐、管网入口端和管网回水端的臭氧浓度进行实时在线监测。由于纯化水罐为常压容器，通过呼吸器与外界进行气体交换，为避免臭氧进入室内对人体健康造成危害，利用臭氧加热易分解的特性，在呼吸器出口安装臭氧破除器，对气体中的臭氧进行加热破除。

连续型臭氧消毒系统（图1）正常生产时，臭氧发生器和紫外灯均开启，使纯化水罐始终处于一定浓度的臭氧保护状态下，选择波长为253.7 nm的紫外灯射线对臭氧从循环管网系统中进行完全破除，并通过传感器对紫外灯后、循环管网前的臭氧浓度进行实时监测，保证管网各个用点的纯化水中无残留臭氧。将设备设定为周期性消毒，当消毒周期期满后，系统启动消毒程序，自动将紫外灯关闭，监测纯化水罐体、管网入口及管网回水的臭氧浓度，监测数值均达到设定值以上并保持一定时间，消毒步骤自动结束，紫外灯自动开启，破除进入循环管网中的臭氧，直至管网回水处的臭氧传感器检测浓度低于设定值，此时系统恢复运行状态。制；以各种传感器为反馈元件，以变频电机、调节阀、开关阀为执行元件，可对系统进行自动控制。

PLC与触摸屏之间通过总线通讯，通过数字量、模拟量输入模块采集信号，监控整个系统的运行状态，通过数字量、模拟量输出模块控制各个阀门、变频器及臭氧发生器启停，通过模拟量输入模块采集管网流量、臭氧浓度等传感器信号，通过模

图1 连续型臭氧消毒系统

2 电气控制系统

为了使客户安全方便使用，连续型臭氧消毒系统采用多级用户权限的数控系统，采用触摸屏作为人机界面，可以进行系统的参数设置、存储，并可对装置的运行状态进行实时监控。以可编程控制器为控制核心，可以对运行及消毒过程进行高精度控拟量输出模块控制循环泵频率、臭氧发生器的产能调节。

模拟量输入模块是专门外接模拟量输入信号，并通过内部电路将其转化为PLC可处理的数字信号的一种特殊模块。臭氧传感器将化学信号转化为4～20 mA的电流信号。工业上采用最广泛的是用4～20 mA电流来传输模拟量信号，主要的原因是电流信号不容易受干扰，并且由于电流源内阻无穷大，使得导线电阻串联在回路中不影响信号精度，即便是普通双绞线，依然可以传输数百米。电流上限取20 mA，可以满足设备防爆的要求，20 mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯；电流下限选择4 mA，可以方便地检测传感器是否断线，因为传感器正常工作时信号电流不会低于4 mA，如果信号线因故障断路，环路电流则降为0 mA，以此判断线路故障并及时报警，提醒设备操作维护人员对设备进行检修。

在连续型臭氧消毒系统装置中，臭氧传感器的信号值经由模拟量输入模块采集、转化为数字量后，由CPU进行处理，可在触摸屏上显示。在生产、消毒过程中，如果遭遇臭氧浓度异常情况，PLC将发出相关报警，并可在触摸屏上提示操作人员采取相应的解决方法。

臭氧具有强氧化能力，使用时要注意橡胶制品等物品的远离，以免被腐蚀。另外，臭氧会刺激人的呼吸系统，严重者会对人体造成伤害[4]。为保证运行安全，在制水间内布置手持式臭氧浓度监测仪，如因特殊故障（如臭氧破除器故障）造成室内臭氧浓度过高，可以及时监测报警，提醒员工采取适当措施。

3 结语

《中国药典》规定每毫升纯化水中细菌、霉菌、酵母菌总数不能超过100个，为保证纯化水微生物限度合格，药品生产管理规范对纯化水储罐、管道材质、设计均有严格要求，并需要经过清洗和消毒验证。经过对设备的工艺验证，臭氧消毒简便高效地保证了纯化水系统的水质合格。

与常规消毒相比，臭氧消毒具有高效、高洁净、方便、经济等特点，避免了其他消毒方法产生的二次污染。其中，连续型臭氧消毒方法操作简单，极大地节约了人力和公共工程成本，可有效地提高供水质量和生产效率。连续型臭氧装置系统设计科学、合理，具有广阔的市场前景。

[1] 何国强，易军，张功臣.制药用水系统[M].北京：化学工业出版社，2011：149-151.

[2] 夏志清，杨君，丁从文.臭氧消毒简介[J].化学教育，2006（10）：8-9.

[3] 何国强，易军，张功臣.制药流体工艺实施手册[M].北京：化学工业出版社，2013：223-225.

[4] 李继红，李秀敏，冯艳秋.臭氧在纯化水制备过程中的应用[J].辽宁农业职业技术学院学报，2003（3）：22-23.

2015-06-19

刘乾辉（1985—），男，河北人，助理工程师，从事制药设备自动控制系统的研究工作。