Применение озона

ВВЕДЕНИЕ

Озон, как вещество оказывающее очень значительное влияние на жизнь всего живого на нашей планете, постоянно привлекает к себе внимание человека. Образуя защитный пояс Земли от УФ - радиации, озон создает благоприятные условия для нормального развития и функ-ционирования всех живых организмов и систем. Уменьшение толщины озонового слоя и образование "озоновых дыр", о чем в последнее вре-мя постоянно информирует периодическая печать, в результате деятельности человека, вносят в умы многих из нас вполне обоснованную трево¬гу, видя в происходящих процессах вполне реальную и прямую угрозу своему существованию.

Исходя из этого, ученые всего мира ведут интенсивные исследова-ния, прежде всего, с целью предотвращения поступления в окружающую среду тех продуктов и веществ, которые, образно выражаясь,"пожирают" озон. Проблемы экологии окружающей среды приобрели в настоящее время особую актуальность, причем озону в этом плане принадлежит одна из ведущих ролей.

В числе ряда сообщений по проблемам озона одно из них привлека-ет особое внимание, поскольку в данной статье речь идет об озоне во взаимосвязи с последствиями возможной ядерной войны. Как убедитель-но показывают расчеты большинства ученых мира, катастрофические последствия ядерной войны неизбежны для обеих противоборствующих сторон. Ими в большей степени окажутся вторичные эффекты ядерных взрывов.Прогнозируется по меньшей мере несколько таких эффектов, включая и эффект, опосредованный изменением структуры озонового поя-са. Образующиеся в огненном шаре ядерного облака огромные количест-ва окислов азота приведут к разрушению озона в стратосфере и обра-зованию его в тропосферных слоях атмосферы.

Суммарный климатический эффект этих процессов при отсутствии других изменений может вызвать увеличение температуры поверхности Земли на несколько градусов за счет проникновения в тропосферу УФ-радиации и усиления парникового эффекта тропосферного озона. Увели-чение УФ - радиации на единицу площади поверхности Земли будет оказывать угнетающее воздействие на биосферу, вызовет повышение частоты мутаций, подав¬ление иммунитета, рост онкологических, заболеваний.

Аналогичные явления могут произойти в в настоящее время, ес-ли не будут приняты самые безотлагательные меры по устранению при-чин, приводящих к упомянутым ранее изменениям озонового слоя плане¬ты: уменьшение и, в последующем, полное прекращение производства фреонов, столь широко используемых во всем мире в быту и промышлен¬ных условиях, экологически безопасная работа промышленности, разра¬ботка и внедрение экономичных электродвигателей взамен существую-щих двигателей внутреннего сгорания, отравляющих в полном смысле этого слова окружающую среду и т. д.

Озону принадлежит значительная роль в практической деятельности чело-веческого общества. Так, например, озон является прекрасным экологическим чистильщиком дымовых газов (озонная очистка дымовых газов электростанций от загрязняющих атмосферу окислов азота), промышленных и бытовых стоков. Как мощный окислитель, озон способствует интенсификации тех¬нологических процессов в различных отраслях промышленности. В то же время ему принадлежит не последнее и вполне определенное место в решении проблем де-зинфекции. Однако, в данном случае необходимо указать, что имеющие¬ся публикации по вопросам применения озона в дезинфекционной практике разрознены и не позволяют получить цельного представления о данном веществе, как дезинфектанте. Наличие этого обстоятельства существенно затруд¬няет работу практических специалистов, а также ученых и исследова¬телей, которые при выявлении узких, нерешенных мест в вопросах его применения смогли бы предложить и реализовать свои идеи и мысли в дан¬ном направлении.

Эти обстоятельства побудили нас проанализировать имеющуюся доступную литературу с целью обобщения и беспристрастного объективно¬го анализа полученных данных, выделив как положительные, так и отрицательные качества озона, представить полученную информацию таким образом, чтобы она позволяла определить возможные направле¬ния поиска в исследованиях и практических работах, связанных с использованием озона.

I. ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 030НА

Озон (О.), газообразная аллотропическая форма кислорода, был открыт Шейнбейном в 1840 году. С точки зрения химии пред¬ставляет собой самостоятельное химическое вещество, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. В незначительных коли¬чествах 0. содержится в верхних слоях атмосферы, в воздухе сосновых лесов и морских побережий. Максимальные концентрации 0. зарегистрированы на высоте 20 - 25 км от поверхности Земли. 0. - Оз - в чистом виде, как химическое вещество представляет собой голубоватого цвета газ с сильным запахом, само название его означает "пахучий". Примеси 0. в воздухе создают ощущение приятной свежести. В природных условиях 0. образуется при электрических разрядах или окислении органических ( особенно смолистых ) веществ, при действии ультрафиолетовых лучей на кислород воздуха. В лабораторных условиях его получают действием "тихого" электрического разряда (без искр) на кислород воздуха: 302 — 203 ; Н0293 = +148,8 кДж/моль запах озона

Реакция осуществляется в специальных приборах - озонаторах. 0. может генерироваться путем непрерывных электрических разрядов высокого напряжения через воздушную среду между металлическими электродами, образуется при работе электродвигателей, электро¬нно-вычислительных машин, горении ультрафиолетовых ламп, при процес¬сах связанных с нагреванием кислорода и т.д.

0. имеет молекулярную массу 48; в 1,5 раза тяжелее воздуха. 0. - газ при температуре минус 100°С и давлении, равном 125 атм., переходит в жидкость темного синего цвета, которая кипит при минус П2°С. 0. в жидком состоянии содержит в качестве примеси до 14% кис¬лорода, который можно удалить испарением. При температуре минус 251°С 0. кристаллизуется. Растворимость 0. в воде при температуре = 25°С достигает до I г/л. 0. лучше растворяется в четыреххлористом углеро¬де и других хлорированных и фторированных углеводородах. Во всех аг¬регатных состояних взрывается при ударе.

0. является нестойким веществом; реакция превращения кислорода в 0. требует затрат энергии, тогда как обратная реакция - распад озона протекает самопроизвольно. При повышении температуры скорость разложе¬ния увеличивается. Наличие этого обстоятельства создает определенного рода практические затруднения при проведении работ с 0. Окислительная активность 0., по-видимому, обусловлена нестойкостью его молекулы:

0з = 02 + 0- Однако 0. является более сильнодействующим окислителем по сравнению с кис¬лородом, что, вероятно, связано с образованием озонидов.

0. взаимодействует практически со всеми металлами, превращая их в оксиды (исключения не составляет даже ртуть и серебро). Аналогич¬ное действие 0. отмечено и в отношении неметаллов. При взаимодействии с органическими красителями 0. обесцвечивает их. 0. наиболее быстро окисляет серосодержащие и ароматические аминокислоты (цистеин, тирозин и т.д.). Светильный газ, фосфор, пары скипидара и этанола в атмосфере О. воспламеняются, а изделия из каучука разрушаются.

2. МЕХАНИЗМЫ БИОЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ ОЗОНА

О. является довольно эффективным биоцидным средством, благодаря его высокой способности вступать в реакции с разнообразными органи¬ческими веществами, включая жиры, альдегиды, аминокислоты, белки и ферменты.

Токсичность 0. можно, по-видимому, объяснить на примере механиз¬ма действия атомарного кислорода, так как 0. является доволь¬но-таки нестойкой аллотропической формой его. В невозбужденном состоя¬нии кислород нетоксичен, однако его электронная структура, включающая на внешнем электронном слое два неспаренных электрона, накладывает ограничения на то, каким образом кислород способен выступать в роли акцептора электронов.

Предполагается, что в ходе превращения 02 + 4е+ 4Н+ 2Н2О имеют место четыре одноэлектронных перехода:

02 + 1е_____02 ;

02 + 1е+2Н+_____Н202 ;

Н202 + 1е +Н+_____ Н302 + Н20+ НО

НО + 1е + Н+ _______ Н20

________________________________

Суммарно: 02 +4е +4Н+ _______2 Н20

Синтез 0-2; Н202(переокис водорода) и *0Н, как промежуточные про¬дукты, представляют серьезную проблему для живого организма, посколь¬ку все эти частицы - мощные окислители. Частица 0-2 , называемая супероксидом, и частица *ОН, называемая гидроксильным радикалом, пред¬ставляют собой сильнейшие из известных на настоящее время окислителей. Молекулы каждого из этих видов представляют собой опасность для живых клеток вследствие повреждений, которые они способны причинять всем классам биомолекул, особенно белкам и липидам. Другими словами, ток¬сичность частиц ( Н0*; 0-2 ; Н202 ), которые могут из него образовывать¬ся. Однако существуют и механизмы самозащиты клеток. Частичная детоксикация Н202 и 0-2 происходит при участии природных антиоксидантов, например, аскорбиновой кислоты, витамина Е и глутатиона.

В 1969 г. М. Fridovith и J.McCord установили, что первый этап детоксикации 0-2 представляет собой ферментативную реакцию, катализируемую супероксиддисмутазой. Супероксиддисмутаза в дальнейшем была обнаружена во всех типах прокариотических и эукариотических аэробных клеток, что подтверждает ее роль в механизмах самозащиты организма от токсического действия кислорода. В строгих анаэробах этот фермент отсутствует и это, ви¬димо, главная причина токсичности кислорода для таких микроорганизмов.

В последние годы к супероксиддисмутазе возник особый интерес в связи с данными, показывающими, что гранулоциты (тип белковых кровя¬ных клеток) выделяют большое количество 0-2 в период активизации дыхательных метаболических процессов, сопутствующих развитию их в фагоциты; эти последние клетки участвуют в переваривании и разрушении чужеродных частиц, бактерий и др. клеток. Антимикробное действие 0., по мнению ряда ученых, может осно¬вываться с одной стороны на реакции 0. с продуктами микробного об¬мена веществ и с другой стороны на свертывании клеточных белков и интерференции с внутриклеточными энзимными системами.

Было установлено, что 0. разрушает дегидрирующие ферменты клеток, и, что гермицидное действие 0. частично обусловлено этим эффектом, препятствую¬щим дыханию клеток. В частности, в опытах с E. coli были получены доказательства, что 0. действует как разрушитель энзиматических механизмов дегидрогенации. Это и ряд других доказательств подтверждают правильность теории G. Bringmann, согласно которой 0. реагирует как всеобщий протоплазматический окислитель. Механизм действия 0. на бактериальную клетку заключается в воз¬действии вначале на оболочку микроорганизмов путем реакции с двойны¬ми связями липидов, а в последующем, благодаря способности разрушать дегидрогеназы клетки, 0. воздействует на ее дыхание. В результате нарушения проницаемости оболочки и изменения растворимости, белков, содержимое клетки вытекает и клетки лизируются. При наличии окислов азота (N2O, N2O5, NO и др.) бактерицидные свойства 0. возрастают.

Объяснить влияние перечисленных выше соединений позволяют результаты исследований по изучению влияния 0. и озонированных олефинов на выживаемость бактериофага 0 Х 174 в аэрозоле.

Сами по себе олефины ( транс-2-бутен и циклогексен) не оказывали вли¬яния на указанный бактериофаг, однако при использовании их в сочета¬нии с 0., скорость гибели бактериофага 0 X 174 возрастала. Полученные результаты были обсуждены в связи с вирулицидным дейст¬вием "открытого воздуха" ( фактор "открытого воздуха"- ФОВ). Исследователи предполагают, что бактерицидная и вирулицидная актив¬ность 0. в отношении вегетативных бактерий, а также вирусов связана с продуктами взаимодействия атмосферного 0. с олефинами.

Влияние различных концентраций 0., в присутствии или отсутствии олефина ( транс - 2 - бутена ) исследовали в условиях стеклянной системы при относительной влажности воздуха 96%. Наибольший эффект гибели фага 0 Х 174 в присутствии транс - 2 - бутена был обнаружен при концентрации 0. - 30 частей/ млрд.

В опытах по исследованию влияния озонированного циклогексена использовали две системы объемом 2000 и 50 литров соответственно. Скорость отмирания фага в атмосфере, содержащей 0. в системе емкостью 2000 л оказалась выше, нежели в системе емкостью 50 л. В этом слу¬чае единственная причина может заключаться в том, что в емкости 2000 л воздух был значительно загрязнен олефинами вследствие недос¬таточной очистки воздуха.

Инактивация фага в атмосфере воздуха, содержащем циклогексен, обусловлена, по-видимому, повреждением белковой оболочки, поскольку ДНК инактивированного фага сохраняет свою биологическую активность. Инактивация фага в воздухе, содержащем 0. обусловлена также главным образом повреждением белка, тогда как инактивация в воздухе, содержа¬щем озонированный циклогексен связана как с повреждением белка, так и ДНК фага. Данные исследований показали, что продукты, образующиеся в реакции между 0. и олефинами, обладают вирулицидной активностью, тем не менее, эти механизмы инактивации до конца не изу¬чены. Представляется целесообразным и возможным проведение исследо¬ваний по изучению изменений ДНК и белков в инактивации фага.

В целом, в настоящее время еще не удалось окончательно выяснить механизмы высокой токсичности 0. Очевидно, она основывается частично на хорошей проницаемости клеточных оболочек бактерий для отравляюще¬го действия каких-то особых частиц, которые встречаются в растворах 0. Этот вывод проистекает из данных по быстрой гибели споровых форм микроорганизмов под воздействием 0. В настоящее время пока еще неиз¬вестно ни о механизме действия, ни о местах и точках приложения "отравленных" частиц, проникающих в клетки, так как высокая скорость действия 0. стирает различия в чувствительности различных видов мик¬роорганизмов.

3. ТОКСИЧНОСТЬ 0ЗОНА ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА И ТЕПЛОКРОВНЫХ ЖИВ0ТНЫХ

0. является весьма распространенной примесью воздушной среды. В атмосферном воздухе его природные концентрации обычно составляют 0,02 - 0,05 мг/м3, нередко достигают 0,1 - 0,2 мг/м3. При фотохимических реакциях в атмосферном воздухе в присутствии окислов азота и углеводородов и действии на них солнечной радиации, кон¬центрации 0. с поступающими в атмосферу с отработанными газами автомо¬билей и другими промышленными газами (выбросами) могут достигать 0,5 - 1,0 мг/м3. Кроме того, установлено, что 0. является и обычным промышленным загрязняющим веществом, поскольку образуясь в современ¬ных технологических процессах, он после выброса через дымовые трубы способен распространяться на большие расстояния.

Повышенные концентрации 0. нередко встречаются в административ¬ных и производственных помещениях с пультами управления, множительной техникой, лазерными приборами, при электронной обработке материалов, что обусловлено воздействием на воздух ультрафиолетовой и ионизирующей радиации, быстрых электронов и электрических разрядов. Высокие концентрации 0. создаются при сварочных работах. В связи с тем, что эти физические факторы все шире используются в современной технике и технологических процессах, воздействие повышен¬ных концентраций 0. на организм будет все более расширяться. В природных концентрациях 0. обладает стимулирующим действием на организм человека - повышает устойчивость к холоду, к действию токсичных веществ, гипоксии, вызывает увеличение содержания гемогло¬бина в крови, увеличивает фагоцитарную активность лейкоцитов и титр комплемента сыворотки крови, повышает иммунобиологический потенциал организма.

Атмосферный воздух, поступающий в обитаемые помещения, в зна¬чительной степени теряет свои стимулирующие свойства. Одной из причин этого является уменьшение концентрации природного 0. , которое обус¬ловливается свойствами строительных материалов. Например, железобетон¬ные покрытия приводят к уменьшению концентрации 0., поступающего с наружным воздухом в большей степени, чем покрытия из керамики. Однако наиболее важным фактором, определяющим содержание 0., является нали¬чие в воздухе помещений веществ, способных окисляться. К таковым, прежде всего, относятся сероводород, аммиак, диэтиламин, триэтиламин, меркаптан и др. В связи с этим, предлагается озонирование воздуха в таких помещениях в целях существенного улучшения общего состояния и работоспособности людей. Такие эффекты, были получены при создании концентрации 0. в пределах от 20 до 40 мг/м3, по другим данным, нормальная концентрация 0. для кондиционирования воздуха в помещениях 0,01 - 0,02 мг/м3.

При повышенных концентрациях в воздухе, 0. действует отравляюще на человека и теплокровных животных, снижает сопротивляемость орга¬низма к инфекциям, так как окисляет лизоцимы, содержащиеся в слизи дыхательных путей. Являясь сульфгидридным ядом, 0. быстро инактивирует ферменты, нарушая тем самым многие биохимические процессы, в том числе и окислительные. Полагают также, что токсическое дейст¬вие 0. обусловлено образованием свободных радикалов, высвобождением из тканей адреналина, норадреналина и брадикинина.

Следует указать, что 0. чрезвычайно токсичен для человека и теплокровных животных даже в низких концентрациях ( I класс опаснос¬ти ). Порог восприятия запаха 0. составляет 0,015 -0,2 мг/м3, раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и конъюнктивиты наблюдается при концентрации 0, 0,2-1,0 мг/м3.

Предельно допустимая концентрация ( ПДК) 0. в воздухе рабочей зоны - 0,1 - 0,16 мг/м3. По экспериментальным данным P. Gust и T. Maas содержание 0. в помещениях в течение 8 часов не должно превышать 1,7 - 2,1 мг/м3 . W. Elford u J. Van den Ende предложили считать предельно допустимой нормой для чело¬века концентрацию 0. 0,04 мг/л.

Данные доступной литературы о влиянии 0. на организм человека показали следующее.

В исследованиях С. М. Городинского установлено, что производственная деятельность людей при концентрациях 0. до 0,4мг/м3 не сопровождается нарушением функционирования ЦНС ( центральной нерв¬ной системы) и не вызывает раздражения слизистых оболочек дыхатель¬ных путей.

При изучении влияния 0. в концентрациях 0,5 мг/м3 на организм человека отмечалось отсутствие жалоб на раздражение носоглотки, нали¬чия кашля и болей в грудной клетке при дыхании ( M. Kleinfeld et al.), что совпадает с данными W. A. Young. В то же время было установлено, что при концентрациях 0., превышающих его содержание в 5 - 10 раз, 0. вызывает головную боль, сухость и раздражение слизистых оболочек носоглотки, гортани и глаз, снижается острота зрения, изменяется его поле, ночное зрение ухудшается, изме¬няется также количество эритроцитов.

О.Ф. Кудрявцева установила, что у рабочих, подвер¬гавшихся воздействию 0. в концентрации 0,5 - 0,8 мг/м3, повышалась частота появления головных болей, слабость и ухудшение памяти имели место толь¬ко через 7-10 лет производственной деятельности. В исследованиях L. F. Folinsbee et al. у 28 испытуемых кумулятивного эффекта 0. при концентрациях 0,4; 0,7; 1,0 мг/м3 было показано практическое отсутствие кумуляции, что согласуется с результатами исследований на животных.

В результате иммунологических исследований M. L. Peterson et al. установлено, что воздействие 0. в концентрации 1,1 мг/м3 не изменяло количества Т-лимфоцитов у людей, а в концентрациях до 0,33 мг/м3 в течение 2-9 лет повышало содержание иммуноглобули¬нов G,A и М (L.Ulrich et al.). Результаты исследований С. М. Городинского показали, что при 2-х часовом воздей¬ствии 0. в концентрации 1,0 и 1,5 мг/м3 работоспособность испытуе¬мых не снижалась. При изучении влияния 0. при 2-х часовой ингаляции в концентрации 1,0 мг/м3 на изменения биохимических показателей не обнаружено существенных отличий от контроля в чувствительности мембран эритроцитов к гемолизу, содержании SН - групп в эритроцитах, активности ацетилхолинэстеразы, глюкозофосфатдегидрогеназы и лактатдегидрогеназы в сыворотке крови.

Результаты исследовании М.Т. Дмитриева с соавт. показали, что воздействие 0. в концентрации I мг/м3 в течение 2-х часов вызывало угнетение активности системы антиоксидантной защиты, сопровождавшееся избыточным увеличением количества продуктов липидной пероксидации в тканях мозга. При воздействии 0. в концентрации 2 мг/м3 ( экспозиция 2 ч.), перечисленные изменения были более вы¬раженными, особенно, изменения неспецифического гуморального иммуни¬тета ( изменение бактерицидности сыворотки крови и изменение актив-ности лизоцима сыворотки), который по современным представлениям (С. К. Chow, A. L .Tappel, B.Goldstein et al., C. I. Posinetal) является патогенетическим механизмом интоксикации 0. В то же время однократное воздействие 0. в концентрации 0,5мг/м3 в течение 4 часов не ухудшало деятельность основных систем организ¬ма животных, а при многократной ингаляции не обнаружено отрицатель¬ного влияния 0. на липидную пероксидацию и физическую работоспособность. При концентрациях 0., превышающих 2 мг/м3 может развиваться отек легких, приводящий к смертельному исходу.

В целом, полученные результаты дают основания ставить перед технологами и прибористами более жесткие требования о снижении количеств 0., выделяемого при работе оборудования.

Результаты многолетних исследований содержания 0. в воздуш¬ной среде показывают, что полностью избежать кратковременного влия¬ния концентраций 0. на организм, особенно, при использовании уже имею¬щейся аппаратуры, не представляется возможным. В связи с этим раз¬работан комплекс ПДК для 0., рассчитанный на различную длительность действия и предназначенный для конкретных админист¬ративных или служебных ( производственных) помещений. Этот комплекс ПДК и возможные последствия воздействия 0. целесообразно учитывать при конструировании и производстве приборов и аппаратуры самого различного назначения, эксплуатация которых связана с выделением 0. в воздушную среду, а также при разработке вопросов обеспечения мер безопасности при работе с ними.

4. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНА В ДЕЗИНФЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКЕ

Пожалуй, первым фактом применения 0. в дезинфекционной прак¬тике является его применение для дезинфекции воды, загрязненной E. Coli (Ohlmuller, 1892 г.). Эта область применения 0. осталась основной для него и в настоящее время. В последние годы появился ряд работ несколько расширяющих область практическо¬го применения 0. как дезинфектанта и дезодоранта. К их числу сле-дует отнести применение озона для:

- предотвращения порчи пищевых продуктов в холодильниках;

- для озонирования воздуха в обитаемых помещениях с целью улучшения общего состояния и повышения работоспособности работающего персонала;

- для дезодорации воздуха в животноводческих помещениях;

- в очистных сооружениях в качестве дезодоранта;

- для дезинфекции водных источников и плавательных бассейнов;

- применения 0. в целях стерилизации плазмы крови и вакцин;

- для газовой стерилизации хирургических инструментов и аппара¬тов в условиях клиник и промышленных предприятиях;

- уничтожение неприятного запаха у жиров и масел.

Будущая роль 0. как средства для стерилизации и дезинфекции не ясная. Существует несколько проблем связанных с применением 0. Высокие концентрации 0. получить весьма трудно в связи с отсутствием высокопроизводительных озонаторов. В частности, озонаторы, выпускае¬мые единственным заводом в бывшем СССР "КурганХиммашем", являются малоэффек¬тивными - каждая тонна конструкций в лучшем случае может обеспечить получение лишь одного килограмма 0. в час. Зарубежные озонаторы несколько мощнее, но и они далеки от идеала. Кроме того, будучи сильным окислителем он является очень нестойким веществом. Эти проб¬лемы потребуют тщательного рассмотрения, прежде чем смогут быть разработаны и приняты методы, стимулирующие широкие возможности его применения. Необходимо указать, что у нас в стране 0. применяется в мизерных масштабах - выпуск по состоянию на 1988 г. составлял лишь около 0,6 т/час - в десять раз меньше, чем во Фран¬ции. Следует также учесть, что О. токсичен даже в низких концентра¬циях для человека и теплокровных животных. При использовании 0. в химическом синтезе необходимо помнить, что 0. быстро разрушает изделия из каучука.

5. СПЕКТР АНТИМИКРОБНОГО ДЕЙСТВИЯ, ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ БИОЦИДНЫХ СВОЙСТВ ОЗОНА

О бактерицидной активности 0. известно более 100 лет. Впервые способность 0. инактивировать такие микроорганизмы как Salmonella typhosa, V. Comma B. Antracis была продемонстрирована в 1892 году.

Несколько лет спустя ( 1895 r.) E. Van Ermendem при изучении бактериологических, химических и физических аспектов обра¬ботки 0., обнаружил, что спорообразующие бактерии более устойчивы к 0., чем вегетативные микроорганизмы. Он также отметил, что воду, загрязненную E. coli можно было очистить путем обработки 0.

Результаты более поздних исследований (M.Ingram and R. Heines, 1949 г.) подтвердили данные E. Van Ermendem, что бактерии отличаются по устойчивости к 0. и, следовательно, для их инактивации необходи¬мы различные концентрации этого газа. Для гибели наиболее резистентных форм были нужны приблизительно в 2 раза большие концентрации 0., чем для менее устойчивых микроорганизмов. Результаты этих исследований показали, что для прекращения роста клеток в логарифмической фазе необходимо примерно в 10 раз большее количество 0., по сравнению с клетками находящимися в состоянии лаг-фазы. Плесневые грибы оказались такими же или в зависимости от вида более резистентными к 0., чем бактерии, в то время как дрожжевые грибы были в некоторой степени менее резистентными. L. Coin et al. показал, что 0. обладает вирулицидными свойствами в отношении ряда вирусов, вклю¬чая и вирус полиомиелита.

В исследованиях А. Hanfelle и H.V. Sprockhoff были определены концентрации 0., необходимые для гибели микроорганизмов бактериальной природы, относящихся к различным видам: концентрации 0. 0,05 - 0,07 мг/л вызывали гибель E. coli ( по данным М. Ingram для Е. coli в качестве бактерицидной концентрации 0. зафик¬сировано содержание его 0,4 - 0,5 мг/л); S. Marcensens, Ps. Aeruginosa, C. Albicans, St. Aureus : 3-5 мг/л; для уничтожения B.B. cereus, globigii, Anthracis потребовались еще более высокие концентрации 0. - при концентрации спор B. globigii I04 . I05 требовалась концентрация 0. 5мг/л и вре¬мя его воздействия более 15 минут. Прорастание спор B. Anthracis подавлялось при концентрации 0. от 4,9 до 12,3 мг/л. Снижение патогенности B. Anthracis для белых мышей при инактивации возбудителя in vitro происходило ранее при концентрациях 0. 0,4 и 2,7 мг/л. Отсюда авторы делают предположение, что 0. действует, прежде всего, на тот компонент в структуре фермента, который управляет образова¬нием токсина.

Было также установлено, что концентрации 0., необходимые для инактивации микроорганизмов, значительно варьируют ( от 0,2 до 4000 частей на млн.) в зависимости от материала, содержащего мик¬роорганизмы и от характера присутствующих примесей.

Результаты исследований К. Botzenhart и K. Herbold показали, что в концентрации 1,1 мг/л 0. инактивирует вирус гепати¬та А в воде, однако споры B. subtilis при этом практически не поги¬бают. Резистентность вируса гепатита А к 0. в концентрациях 0,08мг/л была примерно в 20 раз более высокой, чем y E. сoli. Эффективность 0. в разрушении микроорганизмов зависит также от температуры, наличия и количества органических материалов. При низких температурах 0. является более эффективным, чем при высоких.

При проведении ряда опытов также было замечено, что в случаях генерирования аэрозолей дистиллированной воды, из борат-версенового буфера и из 0,01 %-ного раствора лизина имеют место различия в скорости гибели микроорганизмов ( фаг 0 X 174).

При распылении фага из дистиллированной воды скорость инактива¬ции его максимальная и через 20 мин. выделить жизнеспособный фаг не удается вообще, что соответствует выживаемости порядка 10-5. Эти результаты позволяют предполагать, что 0,01 %-ный раствор лизи¬на и борат-версеновый буфер оказывают известное защитное действие.

Еще вначале текущего столетия 0. нашел свое применение для стерилизации и очистки воды. В озонированной воде с постоянным содержанием озона вегетативные микробы и споры погибают также как и в растворах хлора (рН= 7,0). Скорость отмирания выше, чем при использовании других ранее извест¬ных дезинфектантов. Например, из 1000 бактерий через 2 мин. пребы¬вания в растворе с 0,9 мг/л остается только один жизнеспособный микроб. Следует указать, что существует еще и дезинфицирующее действие озонированной природной воды . Естественный распад озона в воде ускоряется с помощью гидроксильных ионов ( при повышенной величине рН). Так как перекись водорода являе¬тся катализатором при распаде озона, то можно заключить, что перекиси, которые могут образовываться из примесей при озонировании воды, спо-собствуют усилению естественного распада озона. Метод озонирования очень выгоден там, где вода меняет вкусовые качества из-за наличия примесей, т.к. сильное окислительное действие озона чаще всего разрушает носитель запаха, вследствие чего вода приобретает более высокие ароматические свойства.

Ряд исследований указывает, что бактерицидное и спороцидное дейст¬вие 0. значительно превосходит действие хлора. Следует также указать, что в процессе обеззараживания воды хлором происходит увели¬чение ее токсичности, наблюдаются явления реактивации микроорганизмов, в связи с чем данный метод нельзя рассматривать как универсальный. Более перспективным считают метод обеззараживания озонированием воды, поскольку улучшаются органолептические качества, происходит деструкция трудно деградируемых соединений - метод предлагают рассмат¬ривать, как метод грубой доочистки сточных вод, однако до сих пор нет нормативных показателей эффективного обеззараживания сточных вод 0. Результаты экспериментов в этом направлении показали, что эффективное обеззараживание сточных вод ( бактериофаги, сальмонеллы, БГКП ) дости¬гается при дозе 0. 18 мг/л и времени контакта с водой 15 мин., при этом происходит снижение цветности на 76%, взвешенных частиц - на 70% и т.д.

Определенный интерес представляют исследования, проведенные в 60-х годах Т.П. Богдановой. В ходе исследований была поставлена задача проверки спороцидного действия 0. применительно к обеззаражи¬ванию воды естественных источников. Основным препятствием к исследо¬ванию 0. в полевых водоочистительных установках явилась сложность оборудования озонатора и устройства для смешивания 0. с водой. Зат¬руднения в конструировании озонатора были связаны с использованием тока высокого напряжения ( 10000 В), с необходимостью предварительного высушивания и обеспыливания воздуха поступающего в озонатор, нако¬нец, с наличием хрупких деталей в конструкциях озонатора. В резуль¬тате исследований проведенных Т.П. Богдановой было установлено, что 0., обладая высоким спороцидным действием, обеспечивает при пропус¬кании его в течение часа обеззараживание воды в полевых условиях при содержании до 10000 спор антракоида в I мл. В этих условиях расход 0. составляет не более 50 мг/л. Обеззараживание воды, по мнению автора, в полевых условиях следует считать перспективным при наличии специальных установок, обеспечивающих рентабельное использование дезинфектанта.

Следует указать, что по данным W. Richards, 0., расщепляя некоторые органические вещества, не поддающиеся биологическому разрушению на простейшие соединения, используемые бактериями, могут способствовать размножению последних. Вирусы по данным автора про¬являют большую резистентность к дезинфицирующему агенту, нежели колиформные бактерии, поэтому отсутствие последних еще не является критерием безопасности воды.

Высокая эффективность применения 0. как дезинфектанта, констати¬рована при обеззараживании судовых систем водоснабжения. Обеззараживание воды 0. проводили в цистернах, покрытых антикорро¬зийными покрытиями типа КО-42, Силикацинк -3 ( Силикацинк - 01), В-Ж-41 ( РД 31.58.02-82), представляющими собой суспензию цинкового порошка в этилсиликатном связующем (КО-42) или жидком стекле-(Силикацинке -3) с помощью переносного озонатора трубчатой конструкции, производительностью 19,6%, т.е. 5 г 0. в час озоно-водяным аэрозолем образующимся при барбатировании озоно-кислородной смеси через слой воды. Изученные дозы 0. обеспечивали необходимый эффект обеззара¬живания воды, загрязненной E.coli, не ухудшали ее качества, не раз¬рушали антикоррозийных покрытий и не усиливали миграции цинка из них.

Некоторые авторы считают возможным инактивацию озоном вируса ин-фекционного гепатита в сыворотке. Рихард Эрлих в I960 г. обнаружил, что бактериофаг против E.coli добавленный к плазме, может инактивироваться с помощью 0,73 г озона на литр плазмы в течение 30 мин. при рН = 4,0.

Используя большую чувствительность белковых органических сис¬тем к окислителям, была проведена серия опытов для изучения дейст¬вия озона на микроорганизмы в воздухе.

Тhomas предложил для дезинфекции хирургического материа¬ла комбинированное действие озонированного кислорода, окиси эти¬лена и УФ-облучения. Однако, озонаторы воздуха чаще используются для "ассенизации" или устранения запаха, чем для стерилизации. Для уничтожения бактерий требуются более повышенные концентрации ( приблизительно 1х101010-4) и более длительное время действия, Для стерилизации пустых флаконов требовались концентрация 30мг озона на литр ( либо 1,4 х10-2 в объеме) и время воздействия от 15 до 20 сек.

Поскольку озонаторы воздуха не обеспечивают точного дозирования концентрации и экспозиции, были использованы запечатанные ампулы, содержащие раствор чистого озона во фреоне 12. Быстрое открывание ампул позволяет получить путем немедленного испарения необходимую концентрацию озона. В процессе опытов замечено, что с помощью озона при концентрациях порядка 10-5 ( в объеме ), можно подавить инфекционную активность вирусов присутствующих в воздухе (Myxovirus multiformis) даже в высоких концентрациях ( 10-8 м3 ). Сте¬рилизация достигалась менее, чем за 15 минут, если концентрация пре¬вышала 2x10-5. Эти результаты возможны и могут быть воспроизведены только при использовании чана из нер¬жавеющей стали, то есть без веществ, фиксирующих или разрушающих озон, при относительной влажности воздуха близкой к 80% и темпера¬туре воздуха + 22°С.

Концентрация 10-4 , очевидно, вызывала почти мгновенное разрушение имеющихся вирусов.

Наконец мы проверяли как действует растворитель озона фреон 12 - не проявляет ли он сам активность против вирусов. Количество фреона, используемое для растворения 200 мл в пробе с концентрацией 2x10-5 , испарялось в чане при тех же самых условиях, Через 30 минут в воздухе чана еще было обнаружено 107 вирусов.

Значительный интерес представляют результаты исследований К. Ishiazaki, N. Shinriki, N. Matsuywa по изучению инактивации спор газообразным 0. Споры шести штаммов рода Bacillus, нанесенные на фильтровальную бумагу и стекловолокнистые фильтры, выдерживали при раз-личных концентрациях 0. ( от 0,5 до 3,0 мг/л ) и значениях относительной влажности воздуха.

За лагфазой в начале экспонирования следовало экспоненциальное снижение количества жизнеспособных спор, хотя у одного из штаммов B. cereus лагфазы не отмечалось. Скорости инактивации возрастали с повышением относительной влажности воздуха. При 50%-ной и меньшей относительной влажности воздуха скорости ги¬бели были минимальными. Предварительное выдерживание во влажных условиях влияло на продолжительность лаг-фазы. Величины Д (время десятикратного снижения количества жизнеспособных спор) в лагорифмической фазе находились в примерно обратной зависимости от кон¬центрации 0. Результаты ряда исследований показали, что диапазон величин относительной влажности воздуха, обеспечивающий опти¬мальную активность 0., находится в пределах от 60 до 80%. При более высоких значениях относительной влажности воздуха 0. - неустойчив.

В исследованиях D. Akey и T. E.Walton была проведена оценка 0., применяемого в жидкой фазе, как не приводящего к появлению ос¬таточной фракции дезинфектанта, который мог бы быть пригоден для ис¬пользования в лабораториях, исследующих арбовирусы. 0бычно исследуемые стерилизующие агенты склонны давать следовые количества остатка, способные вызвать воспламенение или взрыв и требуют длительного периода на рассеяние газа или удаление осадка после деконтаминации оборудования, например, биологических защитных боксов. В случае использования 0. в жидкой фазе, максимальная инактивация вируса была достигнута при концентрации 0. 0,025 мг/л за 45 - 60 минут. Дальнейшее увеличение концентрации 0. и время экспонирования не приводило к усилению инактивирующего действия. При испытанном ре¬жиме эффективность, обеззараживания составляла 99, 99997 % (исх. концентрация вируса 107,25-107,5, количество средних инфекционных доз в клетках культивирования уменьшалось на 106,5 таких доз). Эти ре¬зультаты демонстрируют, по мнению авторов, возможности использо¬вания 0. как стерилизующего агента для обработки биологических защитных боксов и другого оборудования, применяемого в исследова¬ниях с арбовирусами.

Подводя итоги практической реализации биоцидных свойств 0. как дезинфектанта, следует сделать вывод, что проблема его практичес¬кого использования для обеззараживания микроорганизмов в условиях воздушной среды является далеко не решенной, и как и для условий его применения в качестве дезинфицирующего средства обеззаражива¬ния воды, требует разработки мощных высокопроизводительных озо¬наторов, не требующих использования токов высокого напряжения. По-видимому, эти вопросы будут решены в будущем, что позволит зна¬чительно расширить сферы практического применения 0.

6.КАЧЕСТВЕННЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЗОНА

Наиболее простейшей качественной реакцией по обнаружению 0. являе¬тся реакция, основанная на том, что 0. из растворов йодида калия выде¬ляет свободный йод: 2КJ + 03 + Н2О----- J2 + 02 + 2К0Н.

Выделяющийся свободный йод дает синее окрашивание при реакции с крахмалом, поэтому присутствие озона можно обнаружить с помощью йодкрахмальной реакции - бумага, смоченная раствором йодида калия и крахмального клейстера, синеет в присутствии 0.

Существует достаточное количество методов определения 0. и оксидантов в атмосфере:

- нейтральный йодидный метод - НИИ ( Saltzman, Gilbert ) - с помощью данного метода нельзя количественно определять 0. и оксиданты в атмосфере городского воздуха в концентрациях ниже 0,05мг/м3,

а при более высоких концентрациях в атмосфере "чистого" воздуха, он может давать почти двукратное завышение показателей концентрации определяемых веществ;

- щелочной йодидный метод - ЩИМ (Saltzman, Baejery) - можно получить примерно 6 - кратное завышение показателей реальных концентраций. Для метода характерен большой разброс единичных опре-делений ( до 40%);

- кислый йодидный метод-КИМ (Deutsch) - на результа¬ты КИМ существенное влияние оказывает свет и кислород воздуха, завы¬шение реальных данных может быть восьмикратным;

- метод с использованием соли Мора ( М.Т. Дмитриев с соавт.)

- характеризуется наличием существенных погрешностей, обусловленных присутствием кислорода и двуокиси азота ( 48% ), завы¬шение реальных данных может достигать 50 - кратных размеров;

- метод с дигидроакридином - ДГА ( М.Д. Маннита и соавт.) - метод с ДГА из-за применения входных устройств может дать вдвое заниженные против реальных показателей, а без их использования за¬высить результаты в 13 раз.

Такая характеристика перечисленных выше методов количественного определения 0. позволяет сделать вывод, что надежные методы коли¬чественного определения 0. и оксидантов в атмосфере до сих пор не найдены.

Для более точной аттестации озоновоздушных калибровочных смесей на настоящий момент можно рекомендовать лишь метод газофазной спектрофотометрии в УФ и ИК - областях, а также газофазное титрование окисью азота.

Определение концентраций 0. может быть осуществлено с помощью полуавтоматического газоанализатора "Атмосфера - 2". Принцип работы данного газоанализатора основан на методе потенциостатической кулонометрии. Для определения содержания 0. в газовой сме¬си используется реакция с бромистым натрием. Образующийся в резуль¬тате ее бром количественно восстанавливается на измерительном элект¬роде. Электрический ток служит мерой концентрации 0. Концентрации 0. могут быть также определены с помощью газоанализатора 0. “Dasibi-1003AH” ( США - ФРГ ).

7. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОФИЛАКТИКИ ПРИ РАБОТЕ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ОЗОНА

При работе в атмосфере, содержащей 0. в повышенных концентрациях необходимо пользоваться фильтрующим противогазом с поглотителем из КJ и натронной извести, защитной одеждой.

Обязательным условием является герметизация оборудования и мощ¬ная вытяжная вентиляция. При работе с неоновыми лампами следует устанавливать вытяжные установки непосредственно в местах их рас¬положения .

Обязательным является проведение медицинских осмотров рабочего персонала с рентгенографией легких.

При острых отравлениях 0. необходимо вынести пострадавшего на свежий воздух, обеспечить покой, согревание, провести ингаляцию увлажненным 75 - 80% - ным кислородом, ввести внутривенно 20 мл 40%-ного раствора глюкозы и 10 мл раствора хлористого кальция. Защитный эффект оказывает введение некоторых серосодержащих препа¬ратов - глутатиона, тиосульфата натрия и БАИ.

К практическому применению 0., как средства, улучшающего общее состояние организма, надо подходить очень осторожно, в первую оче¬редь, при выборе технических средств озонирования. Концентрация 0. должна поддерживаться на строго определенном уровне, равном средне¬му содержанию газа в атмосферном воздухе, Во всех случаях, вклю¬чая и последний, требуется наличие совершенной и доступной аппаратуры для контроля за концентрацией 0