نظرة عامة على تقنية تطهير الأوزون وتطبيقاتها في سيناريوهات المنازل

مبدأ الأوزون لقتل الكائنات الحية الدقيقة وتنقية إزالة الروائح

1.1 آلية قتل الكائنات الحية الدقيقة

يتم تحديد تأثير الأوزون المعطل على الكائنات الحية الدقيقة من خلال قدرته القوية على الأكسدة وقدرته على انتشار الأغشية الحيوية. يمكن تلخيص آلية عمله في النقاط الأربع التالية: (1) يمكن للأوزون أن يؤكسد ويحلل الإنزيمات اللازمة للجلوكوز داخل البكتيريا، مما يؤدي إلى تعطيل البكتيريا وموتها؛ (2) يعمل الأوزون على السلاسل البولي ببتيدية الأربعة لبروتين القفيصة الفيروسية، مما يتسبب في تلف الحمض النووي الريبي وتدمير البروتين الذي يشكله. بعد الأكسدة بواسطة الأوزون، يتم تقسيم سطح البكتيريا إلى شظايا، مما يؤدي إلى إطلاق العديد من الأحماض النووية الريبية التي تتداخل مع امتصاصها على المضيف؛ (3) يتفاعل الأوزون مع الروابط المزدوجة الدهنية في جدران الخلايا البكتيرية، ويخترق أنسجة غشاء الخلية، ويغزو الخلية، ويعمل على البروتينات الدهنية في الغشاء الخارجي والسكريات الدهنية في الداخل، مما يتسبب في تشويه نفاذية البكتيريا وموت الذوبان؛ (4) يؤثر الأوزون على المواد النووية داخل الخلايا البكتيرية، مثل البيورينات والبيريميدينات في الأحماض النووية، مما يؤدي إلى إتلاف عضياتها والحمض النووي، وتعطيل عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا، مما يؤدي إلى موت البكتيريا.

تظهر الخطوات المحددة لبكتيريا تكسير الأوزون في الشكل، حيث: 1 محاكاة الخلايا البكتيرية؛ 2 هو تقريب لجزيئات الأوزون على جدار الخلية البكتيرية؛ يخترق الأوزون جدار الخلية ويسبب تآكل جدار الخلية؛ 4 هو تقريب لتأثير الأوزون على جدران الخلايا؛ 5 يمثل الخلايا البكتيرية التي تتلامس مع العديد من جزيئات الأوزون؛ 6 يمثل تدمير الخلايا (التحلل).

1.2 مبدأ إزالة الروائح

الأوزون، بخصائصه المؤكسدة القوية، قادر على تحلل المواد التي تنتج الروائح والروائح الأخرى بسرعة، مثل الأمينات وكبريتيد الهيدروجين وميثيل ميركابتان وما إلى ذلك. يؤكسد الأوزون ويحللها لإنتاج مواد جزيئية صغيرة غير سامة وعديمة الرائحة.

1.3 مبادئ الحفظ والتطهير

يؤدي الأوزون وظيفة قتل أو تثبيط نمو العفن ومنع تحلل الفواكه والخضراوات. فهو يُؤكسد ويُحلل عملية الأيض الفسيولوجي للفواكه والخضراوات، ويُنتج غاز الإيثيلين كعامل نضج، مما يُسهم في منع الشيخوخة والحفاظ على النضارة. ثانيًا، يُثبط الأوزون عملية الأيض الفسيولوجي للفواكه والخضراوات، ويُبطئ عملية الشيخوخة الفسيولوجية، ويُطيل فترة تخزينها. في الوقت نفسه، يُحلل الأوزون أيضًا المبيدات الحشرية والأسمدة المتبقية على سطح الفواكه والخضراوات، ويُزيل الهرمونات والمضادات الحيوية المتبقية في اللحوم.

يخضع الأوزون لتفاعل اختزال في الماء، مُنتجًا مجموعات أكسجين وهيدروكسيل أحادية الذرة شديدة التأكسد، مما يُحلل المواد العضوية والبكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى الموجودة في الماء فورًا. تُعدّ مجموعات الهيدروكسيل مُؤكسدات ومحفزات قوية تُسبب تفاعلات متسلسلة في المركبات العضوية، مما يُؤدي إلى تفاعلات سريعة للغاية. لمجموعات الأكسجين والهيدروكسيل أحادية الذرة تأثيرات قوية مُبيدة للجراثيم على مُختلف الكائنات الدقيقة المُمرضة. يُمكن للأوزون تحلل الكبريتيدات والأمونيا والسيانيد في الماء لإنتاج مواد غير سامة، مما يُحقق هدف تنقية الماء.

2. مزايا وعيوب تقنية تطهير الأوزون

2.1 المزايا

(1) تطهير الأوزون هو طريقة على المستوى التحللي تقتل البكتيريا تمامًا وتتميز بخصائص واسعة النطاق والكفاءة العالية. له تأثير كبير في قتل جميع البكتيريا والفيروسات. يمكن للأوزون أن يذوب بسرعة في الماء، مما يقتل البكتيريا الضارة ويتحلل المواد العضوية. قدرته على الأكسدة هي ضعف قدرة الكلور، ومعدل تعقيمه هو 300-600 مرة أكثر من الكلور. كما هو موضح في الجدول، تمت مقارنة التأثيرات القاتلة للجراثيم للمطهرات مثل الكلور وثاني أكسيد الكلور والأوزون على الكائنات الحية الدقيقة.

(2) يستخدم تعقيم الأوزون الهواء والماء كوسيطين، دون الحاجة إلى إضافة أي مواد مساعدة أخرى. ونظرًا لضعف استقرار الأوزون، فإنه يتحلل بسرعة إلى أكسجين أو ذرات أكسجين فردية. ولا توجد أي بقايا دوائية أو تلوث ثانوي أثناء التعقيم.

2.2 العيوب

(1) عندما يكون تركيز الأوزون منخفضًا، لا يكون تأثيره في إزالة الروائح ملحوظًا. ولكن إذا حقق الأوزون نتائج جيدة في تطهير وتعقيم الأماكن المغلقة، وكان تركيز الأوزون المتبقي مرتفعًا جدًا، فسيُلحق الضرر بجسم الإنسان. إذا تعرض الناس له لفترة طويلة، فقد يُؤكسد الغشاء المخاطي التنفسي لجسم الإنسان، مما يُسبب ردود فعل سلبية، وربما التهابًا تنفسيًا. في الوقت نفسه، قد يُلحق الضرر أيضًا بجهاز المناعة البشري. لذلك، يجب أن يتوافق تركيز إطلاق (تسرب) الأوزون الناتج عن التعقيم مع المعيار الوطني البالغ ≤ 0.16 ملغم/م³ في GB/T 18883-2002 "معايير جودة الهواء الداخلي".

(2) الأوزون، باعتباره مؤكسدًا قويًا، له تأثير مؤكسد وتآكلي حتمًا على المواد التي يلامسها أثناء التعقيم. وقد تُسبب خصائصه المؤكسدة القوية شيخوخة المواد، وتغير لونها، وانخفاض مرونتها، وتغير لون المطاط ومكونات أخرى في الملابس. لذلك، ينبغي عند تصميمه مراعاة التأثير التآكلي لأكسدته على الأنابيب التي يمر عبرها.

(3) الأوزون نفسه غير مستقر، ويتحلل بسهولة، وله عمر نصف قصير (30-60 دقيقة فقط)، مما يجعله غير مناسب للتخزين كمنتج عام ويتطلب التصنيع في الموقع.

ثلاثة

تطبيق تكنولوجيا التطهير بالأوزون في البيئة المنزلية

3.1 التطبيق في تنقية الهواء

في الوقت الحاضر، أصبحت صحة الهواء مشكلةً لا يمكن تجاهلها. خاصةً في حالات الالتهاب الرئوي الناتج عن فيروس كورونا المستجد، نحتاج إلى فتح النوافذ وتهوية المنزل باستمرار للحفاظ على دوران الهواء الداخلي. في الوقت نفسه، بالإضافة إلى التهوية الجيدة، تضمن أجهزة تنقية الهواء المزودة بخاصيتي الترشيح والتعقيم صحة الهواء الداخلي بفعالية. أما من حيث التطهير والتعقيم، فإن تزويد جهاز تنقية الهواء بوظائف تعقيم نشطة، مثل مصابيح الأشعة فوق البنفسجية والأوزون، يزيد من فعاليته في الوقاية من العدوى الفيروسية.

الأوزون هو مُتَزامِرٌ للأكسجين، يوجد في حالة طاقة عالية. ونظرًا لعدم استقراره، يُمكنه التحلل والاختزال إلى أكسجين في أي وقت في درجة حرارة الغرفة. عند اختزاله إلى أكسجين، تنفصل ذرات الأكسجين، وعندها تتمتع ذرات الأكسجين بقدرة تأكسد وتحلل قوية للغاية. تُنتج أجهزة تنقية الهواء المزودة بخاصية الأوزون غاز أوزون منخفض التركيز، وتُطلقه في مناطق مختلفة من المنزل لأغراض التطهير والتنقية.

3.2 الاستخدام في تنقية المياه المنزلية

الماء مصدر الحياة، ويولي الناس أهمية بالغة لسلامته. في السنوات الأخيرة، بدأ الناس تدريجيًا باستخدام أنواع مختلفة من أجهزة تنقية المياه، وازداد استخدام تقنيات التطهير المناسبة لها انتشارًا. ومن بينها، تُعتبر تقنية التطهير بالأوزون تقنيةً معترفًا بها في مجال التطهير الدولي. ووفقًا للتقارير، عندما يصل تركيز الأوزون في الماء إلى 0.3-0.4 جزء في المليون، يكون معدل قتل البكتيريا وخلايا الأسنان وغيرها كبيرًا جدًا؛ وعندما يصل إلى 4 أجزاء في المليون، يمكن أن يصل معدل إبطال نشاط فيروس التهاب الكبد الوبائي ب إلى 100%.

تُعدّ أجهزة تنقية المياه الحل الأمثل لمياه الشرب، إذ توفر مياه شرب آمنة ونظيفة. وتُستخدم تقنية تعقيم الأوزون في هذه الأجهزة بفضل تأثيرها المؤكسد القوي وعدم وجود أي مواد أخرى أثناء عملية التطبيق. وتعتمد أجهزة تعقيم الأوزون في هذه الأجهزة على جهاز توليد الأوزون، وقرص فقاعات انتشار دقيقة عالية الكفاءة، وجهاز تجميع غاز العادم، وغيرها، لضمان التلامس الكامل للأوزون مع الماء، والذوبان والتفاعل السريع، وتحقيق فعالية التعقيم والتطهير. كما يمكنها تعقيم جهاز تنقية المياه نفسه (الجزء الملامس لمياه الشرب).

3.3 التطبيق في الحياة الغذائية

(1) استخدامات خزائن التعقيم وغسالات الأطباق: يعتمد مبدأ تعقيم خزائن التعقيم وغسالات الأطباق على تقنيات التعقيم بدرجات حرارة عالية، والأشعة فوق البنفسجية، والأوزون. ومن بين هذه التقنيات، خزانة تعقيم الأوزون، وهي جهاز منزلي يُنتج تركيزًا معينًا من غاز الأوزون بطرق فيزيائية، ويعتمد على تفاعلات كيميائية حيوية للقضاء على الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض، ويُعقم أدوات الطعام والشراب. يُعدّ هذا الجهاز أيضًا من أهم المنتجات الصينية التي طبّقت تقنية الأوزون لأول مرة في مجال الأجهزة المنزلية منذ ثمانينيات القرن الماضي. لا يُشكّل تعقيم الأوزون، باعتباره تعقيمًا غازيًا، "منطقة ظل" أو "نقطة عمياء" مقارنةً بالتعقيم بالأشعة فوق البنفسجية باستخدام خط مستقيم، وله تأثير تعقيم أفضل على أدوات الطعام والشراب. كما يُمكن تعقيم الأدوات البلاستيكية غير المقاومة لدرجات الحرارة العالية بالأوزون.

(2) عند استخدام الثلاجات، تتولد روائح كريهة داخل الثلاجة أثناء الاستخدام، مما يسبب التلوث المتبادل بين الأطعمة، مما يؤدي إلى انخفاض القدرة على الحفظ، ويتسبب أيضًا في سوء تجربة المستهلك. يمكن للأوزون أكسدة العديد من المركبات العضوية ويتفاعل بسهولة مع - SH، = S، - NH2، - NH، - OH، و - C H O. يتمتع بقدرة قوية على إزالة الروائح الكريهة ويمكن استخدامه لإزالة الروائح الكريهة من الثلاجات. يتفاعل الأوزون مع الغازات ذات الرائحة مثل الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين والثيول ليقوم بأكسدة وتحلل الروائح العضوية الموجودة في الثلاجة، وبالتالي تحقيق تأثير إزالة روائح الثلاجة وتنقيتها.

(3) تطبيق تقنية تعقيم الأوزون في الغسالات. قبل الغسيل وأثناء الشطفة الأخيرة، يحقن مولد الأوزون الداخلي كمية مناسبة من الأوزون في الأسطوانة الداخلية لتطهير الملابس وتعقيمها في وقت قصير. بعد اكتمال التعقيم، يتحول الأوزون تلقائيًا إلى أكسجين، ويمكنه إزالة 99.99% من البكتيريا دون الحاجة إلى مطهر، وهو ما يزيد فعاليته بعشر مرات عن التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. بالمقارنة مع تقنيات التعقيم الأخرى، يتميز تعقيم الأوزون بالكفاءة والسرعة والدقة وخلوه من التلوث الثانوي. ومع ذلك، قد تتسبب خصائصه المؤكسدة القوية في شيخوخة المطاط والمكونات الأخرى، بالإضافة إلى بهتان لون الملابس. لذلك، يجب استخدامه بحذر عند غسل الملابس الداكنة.