借助臭氧殺毒滅菌,打贏新冠疫情之役

日期:2021-1-13 / 人氣: / 來源:派尼爾環保

面對新型冠狀病毒肺炎疫情帶來的巨大挑戰,國際社會有必要加強溝通,攜手合作打贏疫情防控阻擊戰。東京經濟大學教授、云河都市研究院院長周牧之在接受中國網采訪時提出,臭氧或許可以成為新冠病毒克星的。以下為建議全文。

地球大氣層0~10km左右的最低層叫對流層,溫度與高度的關系是上冷下熱。對流層之上有一個10~50km左右的平流層,溫度與高度的關系正好相反,是上熱下冷。在高空的平流層里,存在一個濃度為10~20ppm的臭氧層。這個臭氧層通過吸收對地球生物造成危害的紫外線波段,屏蔽了紫外線對生物細胞DNA的破壞,給地球上的生命提供了生存條件。

臭氧層達到接近現今濃度的時間與地球上的生命從海洋登上陸地的時間基本一致。換言之,在臭氧層還比較稀薄的時候,生命只能潛伏于海洋之中,一直等到臭氧層濃度升高到一定程度后,才從海洋延展到陸地。

可以說,如果沒有臭氧層的保護,地球上甚至連一個細菌都不可能存在,就更沒有今天紛繁生命的繁衍和綻放。

由于產業活動排放的大量氟利昂、揮發性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)等對臭氧層的破壞,造成削弱人類免疫系統,增加皮膚癌和白內障發病率等危害,由是臭氧層空洞成為與全球變暖并列的全球性環境問題。臭氧層破壞問題同時也是讓臭氧進入一般大眾視野的重要契機,有感于臭氧對地球生命的保護作用,臭氧層被輿論稱之為“地球衛士”。

臭氧由三個氧原子組成。臭氧產生的主要途徑是太陽光紫外線打擊雙原子的氧分子,把它分解為兩個原子,然后氧原子再與沒有分裂的氧分子合并成臭氧。臭氧和氧氣是氧元素的同素異構體,呈淡藍色,有特殊氣味,故名臭氧(OZEIN:希臘文,臭味的意思)。

高濃度的臭氧層作為一道天然屏障,使地球生命免于太陽光中有害紫外線波段的侵襲,堪稱是地球生命繁衍的保護神。

臭氧不僅存在于高空的平流層,也存在于我們的周圍。由于氧分子低空多高空少,而氧原子低空少高空多,導致在既有氧分子又有氧原子的平流層形成高濃度的臭氧層,而地面和更高的高空,臭氧濃度稀薄。也就是說,大氣中的臭氧含量從距地面大約10km左右的地方開始逐漸升高,在平流層,臭氧濃度達到了最大值,再往上臭氧含量又急劇減少。

對流層的臭氧濃度一般在0.02~0.06ppm,這個自然界濃度的臭氧對包括人類在內的大型生物無害。但是高濃度的臭氧卻可能給人帶來不適的感覺,還可能刺激和損害眼睛、呼吸系統等黏膜組織。因此美國食品藥品監督管理局(FDA)規定的室內環境標準中臭氧最大濃度為0.05ppm,日本產業衛生學會規定的工作環境中臭氧的允許濃度為0.1ppm,中國衛生部也將臭氧安全濃度規定為0.1ppm。

真正讓臭氧“臭名昭著”的是光化學煙霧污染。光化學煙霧是指由工廠和機動車排放的氮氧化物(NOx)和揮發性有機化合物(VOC)等一次污染物,以及其受紫外線照射后產生的臭氧等二次污染物,兩者混為一體造成的大氣污染。NOx和VOC雖然是導致光化學煙霧的主要生成物質,但是光化學煙霧中的臭氧成分卻可以高達90%左右。因此人們往往把光化學煙霧污染直接等同為臭氧污染。

光化學煙霧不僅刺激眼睛、呼吸系統等黏膜組織,可能引發眼睛疼痛、頭痛、咳嗽和氣喘等健康危害,還抑止植物生長導致農作物減產,更有形成酸雨,降低大氣能見度等危害。

產業革命以來,大量NOx的排放導致對流層臭氧不斷增加,過去一百年全球對流層臭氧量已經增加至4倍。特別是隨著以中國為首的東亞開啟急速的工業化和城市化,NOx等光化學煙霧生成物質的排放量急劇增大,進一步加速了對流層臭氧的增加趨勢。

對流層的臭氧含量雖然只有平流層的十分之一,但臭氧卻是繼二氧化碳(CO2)、甲烷(CH₄)之后的第三大導致地球溫暖化的溫室氣體。

凡此種種,造成世人普遍存在“對流層臭氧是對生物有害污染物”的認識,遂有臭氧“在天是佛,在地是魔”之說。在日本等發達國家,如何觀察和防范對流層臭氧地球規模的越境污染是重要的國家課題。

需要替臭氧澄清的是,光化學煙霧的臭氧并不是對流層自然界正常存在的濃度,而是人為污染排放造成的一種超自然的高濃度。同時光化學煙霧還混雜著大量的NOx和VOC等有害物質,這也與自然界純凈的臭氧截然不同。自然界的臭氧濃度雖然根據季節和地域時有差異,但一般不會對人體造成傷害。例如,雷電的高壓放電,電離空氣中的氧氣是自然界產生臭氧另外一個原因。得益于臭氧對空氣的凈化之功,雷電過后往往能夠呼吸到更加鮮美的空氣。又比如,晴天時的海岸和森林,因為臭氧濃度偏高,空氣更加清新。

可以說,自然界臭氧不僅無害,反而有益。因此一定要認識到自然界的此臭氧與光化學煙霧的彼臭氧之間的不同,不能讓臭氧為人類的污染排放“背黑鍋”。

對流層臭氧其實也是人類生存的保護神,只是長期以來對于這一莫大恩惠的研究和認知太過欠缺。

自然界的臭氧濃度雖然對大型生物無害,但是對微生物而言卻是超級殺手。具有強氧化能力的臭氧,一直在自然界抑制微生物繁殖,守護著地球的生態平衡。遺憾的是,臭氧在地球生命體中抑制微生物的作用沒有得到充分的重視。

臭氧在地球生命體這個龐大的復雜系統中抑制微生物的作用被忽視的一個原因是,一般認為低濃度的臭氧沒有殺菌滅毒作用。然而事實并非如此,日本有研究證明,只要暴露時間夠長,低濃度的臭氧也具有足夠的殺菌滅毒能力。應該說,正是臭氧平衡和抑制了地球上細菌病毒的過度繁殖和擴散。

除此之外,自然界的臭氧還起著分解有害有機物,激活生命體免疫功能等重要作用。甚至有研究還認為臭氧是昭告季節變化,控制生命體活動周期的重要信息素?傊绻麤]有對流層臭氧的存在,今天地球上將完全是另外一種不適合人類生存的生態。

實際上,臭氧在天是佛,在地亦是佛。是人類造成的污染排放魔化了臭氧,破壞了自然界絕妙的平衡,使其由佛成“魔”。

2002年冬~2003年春,SARS曾經肆虐一時,引發了極度的社會驚恐。然而到5、6月份左右SARS卻突然消失,留下種種猜想。無獨有偶,流行性感冒等空氣傳播的病毒大多也是在秋冬季爆發,春夏消失。好像有一只看不見的“上帝之手”在驅瘟除疫,拯救人類。

國內外研究人員大多在病毒與溫度,或是濕度之間尋找相關性。以流感為例,一般認為流感病毒在低溫、低濕的情況下能夠較長時間地保持活性,隨著氣溫升高,濕度增大病毒的活性將會受到抑制。但是實驗證明,實際上氣溫變化程度的溫度變化對流感病毒的影響并不大,反而提高濕度確實可以有效地拉高流感病毒的死亡率。

筆者在與相關人員的討論中逐漸萌生了一個假說:或許具有殺菌滅毒能力的臭氧才是真正的上帝之手?

臭氧濃度的確具有隨季節發生變化的明顯特性,而且正好是秋冬低春夏高。根據日本氣象廳的臭氧層觀測信息,可以發現由北到南,札幌、筑波、鹿兒島、那霸,臭氧總量一般在2~5月達到峰值,且呈現越往北方的地區臭氧總量的峰值到來得越早,越往南方的地區峰值到來得越晚的態勢。

不同地域臭氧的濃度也不盡相同。從上述日本氣象廳觀測信息來看,臭氧總量的峰值濃度也是越北方的地區越高,越南方的地區越低。有研究觀察到地球大氣層中臭氧總量在分布上有較明顯的緯度變化,赤道附近地區臭氧總量最低,相反,緯度60°附近的北方地區最高。

按理說紫外線越強,氧分子的分解速度越快,赤道附近接受太陽照射最強,是最易產生臭氧的地區。但影響臭氧濃度變化的要素很多,機理極其復雜。紫外線越強,既越容易產生臭氧,同時也越容易分解臭氧。臭氧的分解速度還與溫度有關,溫度越高,其分解速度越快。地球規模的大氣環流作用更是不容忽視,當地產生的臭氧可能會被輸送到其他地區。

對流層臭氧最大的來源是平流層的臭氧層,同時,植物光合作用所產生的氧氣量,以及人類產業活動所排放的NOx和VOC量,都會左右對流層的臭氧濃度。

總之,取決于氧分子與氧原子神奇離散聚合的臭氧濃度,呈現秋冬低春夏高的規律。而且溫度越高,臭氧的分解速度越快。同時濕度也很重要,干燥狀態下臭氧的殺菌能力會急劇降低。因此筆者大膽猜測:當季節由冬轉暖,臭氧濃度升高,空氣濕度增大,上帝之手就開始驅瘟除疫。

更加嚴謹的推理應該是,殺菌滅毒的主力是在季節變化中濃度升高的臭氧,溫度和濕度負責助攻,三者相輔相成驅病除魔。當然,還有紫外線作為微生物的另一大克星,也會對室外的細菌病毒痛下殺手。

如果關于臭氧是上帝之手的猜想真正成立的話,新型冠狀病毒瘟疫也應該會像SARS和流感一樣隨著季節變化臭氧濃度的升高而煙消云散,這可能成為在這場瘟疫災難中備受煎熬人們的一縷期盼。

當然,大膽的猜想需要縝密的求證,懇請廣大專家學者從不同的角度予以批評指正。

臭氧不僅在自然界是病毒的克星,百年來人類利用它的強氧化性,將其廣泛地運用在消毒、滅菌、除臭、解毒、保鮮、漂白等領域。

正因為如此,臭氧理應是在如今這場全球對抗新型冠狀病毒斗爭中大顯身手的神器,何況它還有以下有三大特性。

全覆蓋性,由臭氧發生器或靜電空氣凈化機產生的臭氧,可滲透到環境中的每個角落,能夠克服紫外線殺菌只能直來直去,存在消毒死角的問題。

高潔性,臭氧的殺菌原理是氧化細菌和病毒,不存在任何有毒殘留物。相反,目前廣泛使用的化學消毒劑不僅對人體本身有害,還造成有害殘留物的二次污染。在現今的疫情對應中,消毒水的濫用問題已經相當嚴重,需要引起高度重視。

方便性,臭氧生成原理簡單,生產臭氧裝置的技術難度并不高。而且設備可大可小,既可以適應于單個房間,也可以適應大型公共空間,還可以簡單地安置在公交車、高鐵、船舶、飛機等公共交通上。

臭氧殺菌滅毒的效果不僅與臭氧本身的濃度,環境溫度、濕度和暴露時間有關,還與細菌的種類有一定關系。

從李澤琳教授主持的國家P3實驗室針對臭氧殺滅SARS病毒的實驗結果來看,臭氧對于綠猴腎細胞接種的SARS病毒有著良好的滅活效果,綜合滅活率高達99.22%。此次引發武漢疫情的病毒與SARS病毒都屬于冠狀病毒。更有研究者發現新型冠狀病毒與SARS冠狀病毒有80%的基因組序列一致?梢杂欣碛赏茰y,臭氧對于防控新冠肺炎疫情應該也具備相當功效。

臭氧雖然是高效殺菌滅毒的神器,但是由于達到一定濃度后可能給人帶來不適感,亦或刺激黏膜系統,所以它目前主要還是應用在無人空間。

如果在有人的情況下,也能有效應用臭氧來殺滅新型冠狀病毒、清潔空氣,那將對患者擁擠的醫院、復工的工廠、人頭攢動的公共場所、密閉的公共交通、甚至家居的室內,都是莫大的福音。

臭氧在這些場景大顯身手的一個關鍵在于能否有效解決對其濃度的控制。臭氧生性不穩定,雖然容易生成,但是較難將其控制在一定濃度,而且難就難在臭氧傳感器的昂貴。因為沒有傳感器的實時檢測,就無法真正控制臭氧的濃度。

如果能夠廉價而有效地將臭氧控制在安全濃度之下,臭氧應用會更加容易被世人所接受,將直接引爆普及有人環境下的臭氧利用。因此,大幅度降低臭氧傳感器的成本應該是目前亟待組織攻克的一大課題。

大疫當前,建議適當提高對室內臭氧濃度的允許標準,嘗試在有人環境下利用臭氧殺菌滅毒。目前遠大集團已經將具備發生臭氧功能的靜電空氣凈化機捐贈到武漢的火神山ICU病房和方艙醫院,期待這些設備能為保護醫護人員安全和拯救病毒感染患者發揮良好的功效。

臭氧與微生物的關系體現了地球生命體的絕妙平衡,一方面如果沒有臭氧層的保護,地球上不可能存在細菌、病毒等微生物,另一方面臭氧的強氧化性又是細菌病毒的克星。今天人類對臭氧的認知還遠遠不夠充分,我們應該摒棄對臭氧的成見,消除對臭氧的過度戒備,努力解密臭氧的重重謎團,充分挖掘臭氧的特性,群策群力,用好用足臭氧,戰勝這場世紀大疫。(責任編輯:郭素萍)

作者:管理員


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