臭氧消毒殺菌的應用

游泳池/按摩池的臭氧應用

　　臭氧在1840左右被發現，使用在處理飲水上超過90年，儘管它使用在飲用水氧化與消毒上的歷史很長，然而，臭氧只有在最近15到20年是顯著的使用在於游泳池和按摩池上，而且雖然很多的營業用的游泳池和按摩池在今天都採用臭氧系統，但是大部分都是在一知半解的情況下使用，在這裡，筆者將對臭氧在游泳池和按摩池上的氧化與消毒行為作一簡單的敘述:

第一項 對臭氧的認識

　　在大氣層上的臭氧層，可以保護人類不受到太陽紫外線光束的傷害，當使用在於游泳池和按摩池上時，臭氧被發現可以去除很多的有機，無機化合物和微生物，臭氧0２是由一個氧分子（O３）和氧原子（O）結合成三氧原子的:

氧分子（O２） + 氧原子（O）－－－＞臭氧O３

臭氧的分子鍵結是不安定，這就是為什麼臭氧不能夠被儲存的原因，當一個臭氧分子與游泳池或按摩池的水接觸時，這個臭氧分子將釋放它的第三個氧原子，去攻擊水中的污染物; 有機物的氧化和消毒的流程於是從這裡開始，而臭氧同時也有能力去氧化鐵，錳與其他的金屬或礦物質，使它們能從游泳池水中被移除，在這個氧化處理過程中，金屬離子被氧化成不溶性而被過濾掉。

第二項 臭氧的殺菌力

　　當游泳池水中的臭氧需要量足夠時，一旦全部有機物和無機物被氧化後，臭氧會轉變成對池水中的微生物作消毒動作，事實上，臭氧的量如果足夠的話，是足以減少細菌，病毒和原生動物類的在池水中達到安全的的數量層次，如果和氯作比較，它是不與阿摩尼亞結合形成氯胺或溴胺之類的副產
品，這同時也是為什麼臭氧被認為比氯更有殺菌效果的理由之一，因為與有機的氮氮的結合會損失一些殺菌的力量，臭氧同時在工作速率上比氯還要快，臭氧不僅不會產生氯胺之類反應，而且不會影響池水的pH值變化。用臭氧處理水時，因為不會產生氯胺，所以不會對水造成混濁與能見度的降低，臭氧處理的水質是用其它消毒系統所無法比擬的。

第三項 臭氧危險性

　　儘管臭氧有這些優點，但是，它是一種有毒性的氣體，必需要小心應用，因為它對水只有部分是可溶的，臭氧是被應用到游泳池的循環系統內，是作消毒殺菌用的，不是用來溢出水面，讓在使用游泳池的人呼吸的，不適當的使用時，臭氧會溢出游泳池的水面，存在於游泳池上方的較低的空氣層
之間，在微小濃度的暴露下會使人有眼睛，呼吸道與肺的刺激感和頭痛的情形發生，在較長時間的暴露下，甚至會引起肺部組織受傷，在國內臭氧在空氣中的濃度是限制在0.1ppm，在游泳池水中的濃度卻沒有規定，國際上則在游泳池中大部分是限制在0.05ppm以下。

第四項 臭氧的製造

　　大部份的游泳池系統，是水經過過濾器後被送到一個臭氧反應系統，在那裡發生氧化和消毒，有些臭氧系統同時也被設計成先摧毀已存在的臭氧濃度後，再加入新產生的臭氧，然後使池水再進入游泳池中，目前臭氧的產生方式有二種: 紫外線法在游泳池是最常使用的，它的成本比電流放射法低。

一、紫外線法

　　基本上，當空氣經過紫外線燈炮時，它的的行為像太陽一樣，會將空氣中的氧分子打破，而不需要附加的裝備，典型的紫外線燈炮有兩種波長: 185 nm 。和 254nm，燈炮的壽命是6,500~7000小時，較老的機型以254nm紫外線為光源來使用，這種較高波長的紫外線燈裝造臭氧的速度和破壞速度相差不多，所以效率不高，臭氧的數量依空氣的流過燈炮的數量而定，但是高流動速率的空氣，在時間上不足以將氧分子轉成臭氧，換句話說，慢一點的空流動速率，會有較多臭氧被生產，一旦臭氧產生後，會被文式管導入擴散器內的水中，形成臭氧氣泡而往上升，理想的擴散器會使它們產生大量而微細的臭氧氣泡，因為微細的氣泡表面積較大，在水中與污染物接觸的機會較多，臭氧系統中使用的文式管可以直接連接在循環管線上，以真空吸引的方式將產生的臭氧，導入管線中擴散與水混合，甚至有一些按摩池是直接導入按摩噴頭中射出，不幸地是，泵浦的設計是以強大的出水量來作依據的，導致於氣泡過大而使臭氧溢出池水面，造成不知的傷害。

二、電流放射法

　　電流放射法能生產比紫外線法多10倍的臭氧，廣為營業用游泳池和按摩池所使用，電流放射法不使用紫外線的光創造臭氧，寧可說是像創造類型閃電的狀況使氧分子游離，電流放射法的關鍵在於適當的使空氣在攝氏@60度達到露點，使空氣乾燥，因為如果不乾燥，空氣中的氮會被氧化形成氮的氧化物，而與空氣中的濕度形成硝酸，它對臭氧裝備的破壞性非常地大，假如空氣被以攝氏60度達到露水乾燥時，全部的濕度從空氣中被移去，可防止硝酸的形成，混在於臭氧氣體之中。很多電流放射法的空氣也有用氧化鋁或矽膠作為乾燥劑的，另外，亦有使乾燥的純氧來代替空氣的，這可以避免乾燥的過程中不傷害裝備的好處。

第五項 臭氧的應用

　　臭氧和水流入一個接觸室，那裡他們混合的時間約為二到四分鐘，接觸的時間愈長對污染物的氧化和消毒效果愈好，臭氧與游泳池水的有效氧化和消毒接觸時間是以一個叫做CT來作計算的，CT值是臭氧系統中臭氧的濃度(ppm)與接觸時間(分，min)的乘積值，

例如，0.4 ppm的水中臭氧濃度，在混合４分鐘後將造成 1.6ppm/min的CT價值．

0.4 ppm x 4 min。= 1.6 ppm/min 。

根據美國保護環境局的解釋: 1.6 ppm/min的CT值是為適於飲用水的臭氧消毒．

由於這點，在水中超過的臭氧濃度是需要移除的，普通的方法是通道經過一個活性碳過濾器( granular activated carbon filter，GAC filter)，在這個活性碳過濾器中臭氧與活性碳接觸後形成二氧化碳，一氧化碳和氧，這個活性碳過濾器隨著使用時間的累積，活性碳的功能會秏盡，需要經常檢查或者至少一年重新裝填，另外，可以用紫外線254nm波長來照射，摧毀超過的臭氧濃度，或是經過一個二氧化錳的催化床來消耗存在的臭氧。

如果要完全單純使用臭氧來作為游泳池的消毒的話，那池水的運轉率是要比用氯的時間要快的，要正確的決定池水的循環時間，則必須要先知道池水的容量和預估使用游泳池的人數，而這在游泳池的建造時是已經設計好了，因此，下面的公式可以提供作為已經完成的游泳池作臭氧機型的選擇:

#@!流量(公升/分) x 0.4 ppm x 0.061 = 臭氧需要量(公克/時)

例如，有100噸水的游泳池，池水運轉率@$##，如果要完全單獨使用臭氧來消毒殺菌，那麼臭氧需要量是:

100 (噸) x 1000 (公升/噸) = 100,000(公升)

100,000 (公升) = @* (公升/分鐘)

@* (公升/分鐘) x 0.4 ppm x 0.061 = @& (公克臭氧/時)

然而，這是以臭氧系統的供應臭氧出口氣體濃度為 1.0 ％的計算標準，如果不是這種出口氣體濃度濃度值，則需要參考原廠商的計算參數。

　　由於臭氧系統供應臭氧出口的氣體濃度是固定的，那麼只能用限制使用人數的方式，來解決消毒殺菌不足的問題，因為在作計算時是以24小時循環過濾的運轉為依據的。

一、現場操作

　　當在營業游泳池和按摩池使用臭氧時，還是要保留作氯的濃度控制的，因為臭氧留在水中的時間是很短的，因此，無法對消毒殺菌作完全的保證。然而，對於氯濃度可以減少下降至0.2 ppm ，因為臭氧是一個很強的氧化劑和殺菌劑，另一方面，臭氧可以將部分由氯所產生的氯胺氧化。(當污染物是由無機化合物所造成的時，臭氧在氧化氯胺的過程是很緩慢的)

二、臭氧的實際操作情形

　　目前雖然臭氧系統被大量的開發出來應用在游泳池和按摩池上，而且被解釋成可以完全免除因為使用氯的缺點和藥劑費用，其實這個說法是有問題的，事實上有持久殘餘性的氯等殺菌劑是不能免除的，兩者混合使用最大的好處是，不但可以除去氯的副產物如氯胺等，而且能降低氯的使用濃度，使
得SHOCK或超氯使用的次數減少，水的控制變成更簡單，這對化學費用與
水質的品質上都可以穫得更好的效益。

第六項 結論

臭氧是很好的消毒殺菌劑和氧化劑，在游泳池和按摩池使用臭氧時要注意下列幾項:

游泳池或按摩池內單獨使用臭氧的反應是，先破壞人體代謝含氨，氮有機物(如汗水,尿液，唾液，鼻涕，皮膚代謝物等)，再殺死非微生物，也就是說，在游泳池尖峰使用時，臭氧是先照顧的是水質而不是殺菌，所以人多的時候，有可能提供大腸菌的生長條件，等到人數減少時補足原來的消毒殺菌條件，因此臭氧機的運轉時間不能太短。
臭氧的半衰期在游泳池中大約只有3 - 18分鐘的存在時間，而池水的過濾運轉率時間都遠大於它，因此，含有臭氧的水從池壁出水不久後，就沒有消毒殺菌能力了，游泳池的中間部分會因此而有消毒殺菌不完全的情形發生，所以，游泳池不能單獨使用臭氧，必須另外補充有殘餘型態消毒殺菌劑，簡單的說，臭氧在游泳池的使用只有輔助的功能而已。
使用臭氧的游泳池要注意到池內出水口附近的臭氧濃度不可太高，否則會有呼吸道受損的情況發生。
臭氧的擴散效率是以氣泡的大小來決定的，愈小的氣泡表面積愈大，接觸水的機會愈大，因此，太大的氣泡不但效果不好，甚至可能因為包含在氣泡內未反應的臭氧，溢出水面而發生呼吸道灼傷的情形。

因為按摩池的過濾運轉率時間很短，在按摩池使用臭氧時，應注意有沒有臭氧累積的問題，採用的臭氧產生機以具備有紫外線對臭氧破壞後再產生的設計較安全。