臭氧消毒在冷链包装运输中应用的可行性分析

黄平印 奥宗尼亚环保技术（天津）有限公司

冷链包裹外包装阳性检出案例接连发生，国务院于2020年11月9日印发《进口冷链食品预防性全面消毒工作方案》，要求全面消杀，严防输入，实现全流程闭环管控可追溯，最大程度降低新冠病毒通过进口冷链食品输入风险[1]。

目前业内常用的消毒方式有紫外线消毒，高温消毒，消毒剂喷淋消毒等。而其中高温消毒不适用与冷链包装消毒作业。紫外线消毒受限于光照强度，辐照面积，堆码货物遮挡，消毒时间长，误操作（未关闭状态进行人工作业）等方面存在应用难度。

本文重点横向对比消毒剂喷淋法以及臭氧消毒应用层面的优点与难点，探讨臭氧消毒应用于冷链包装消毒作业的可行性。

表1 消毒剂喷淋法与臭氧消毒法的对比

一、获取难度方面

消毒剂主要为含氯消毒剂如次氯酸、二氧化氯等，为常用消毒剂，获取难度及成本较低。

臭氧是一种不稳定的气体，不能储存运输，因而臭氧必须在使用现场发生制备。本文重点讨论以电晕放电法原理制备的臭氧发生器的应用可行性。

二、低温应用难度

目前含氯消毒剂在低温环境应用效果较差。中国疾控中心自 2020 年 6 月 17 日启动了低温消毒新技术研究。基于技术可行、安全可靠、应用便捷、成本经济等方面考虑，历经 5 个多月的反复探索和研究，从几十种配方中筛选出两种低温消毒剂配方，并完成了实验室和现场消毒效果评价。但专利的量产化以及市场化收益等存在较大分歧，尚未广泛应用。

图1 臭氧的半衰期[2]

臭氧的不稳定性质与温度有直接关系，随温度升高存在时间急速降低。但在低温（冷链通常为零下二十摄氏度）环境下，实验证明可存在12小时以上。臭氧可稳定存在于冷链环境，但需要考虑废气处理工序（见图1）。

三、自动化应用难度

消毒剂喷淋系统已有成熟的自动化设备，但应用于冷链包裹消毒遇到了运维方面的问题。如对冷链集装箱进行掏箱操作后，单包装或整托盘送入消毒传送装置，劳动强度加大。包裹表面污垢或冲刷下来的杂质较多，极易堵塞喷雾系统。包裹从零下二十摄氏度的冷冻库取出，接触到室温环境的消毒间，会因为温差会形成一层冰霜，而且短时间不会自行退去。此时若赶时间进行消毒处理，则会造成消毒效果大打折扣。

臭氧可直接将投加管道介入冷链集装箱的进气口，利用冷链集装箱的空调系统进行换气，实现密闭环境的臭氧气体填充。

四、掏箱时间对比

在自动化应用篇章中提及，消毒剂消毒系统需将包裹单独送入消毒传送带，或由人员手工对包裹六个表面进行喷淋消毒。而臭氧可在消毒环节免除掏箱作业，与常规作业工时相同。

请参考表2工时的成本对比，可直观看出，消毒作业致使掏箱作业时长及成本有大幅度增长，此成本将由冷链企业与终端消费者共同承担。

五、残留效果与环境友好

含氯消毒剂其机理是通过氧化还原电位来破坏细胞膜，消毒效果较为彻底。所谓的有效氯的消毒中有效氯是致癌的，因为会产生氯代有机物。如果在很低的温度下能够产生那么高浓度的有效氯，那么氯代反应应该更激烈，致癌物质的浓度更高。

通过实验表明臭氧能够在低温零下二十摄氏度环境中将新型冠状病毒灭活，将核酸检测阳性新冠病毒样本变为阴性，臭氧氧化后的产物为氧气，是绿色环保的强氧化剂，对环境没有二次污染。

六、消毒后处理难度

消毒剂喷淋法在消毒后，需对污水进行收集，其中，含氯污水属于工业污水范畴，需处理后排放至污水管网。

表2 天津滨海新区某冷库疫情前后掏箱工时的成本对比

臭氧由于具备一定的毒性，在充分反应后，分解为氧气，但低温环境无法靠臭氧半衰期的自我分解，仍会有残留臭氧存在的风险。所以，冷链集装箱进行臭氧消毒后，需经集装箱排风系统将内部密闭空间气体进行换气，气体收集并经由管道通入废气回收装置。废气回收装置为配备有过氧化金属催化剂的反应釜，将残留臭氧分解后，经由冷库排风管排入高空，参考图2。

请参考表3，在臭氧操作过程中需按流程进行臭氧投加，箱体密封，箱体换气，废气回收。免除因不当操作造成的人员伤害。

臭氧消毒对绝大多数致病微生物，包括本次新型冠状病毒（2019-nCoV）均有广谱高效的灭杀作用。其对病毒等微生物的灭杀原理为：

1.臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡。

2.直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡。

3.透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。

根据本人相关实验数据，对于冷链集装箱式密闭空间的臭氧投加计量选择为1～2.5ppm。

请参考表4中的计算结果，分析得出可有效降低表2中因疫情消毒要求产生的时长增长。

注：本次测试方案以奥宗尼亚品牌小型臭氧发生器为参考[3]。其产量为37g/h@3%wt，空气为气源，外形尺寸为 720×370×800， 70kg。

调研过程中发现，部分冷库企业在建设时配备有臭氧消毒库位，但未投入使用，可配合新型臭氧发生器整合工艺流程，实现整库位消毒，将消毒作业移至仓储环节。对进出库及海关清关时间均有有效的提升。

综上所述，臭氧制备及消毒工艺应用于冷链包装的消毒作业中，前景广阔，有益于常态化疫情防控要求和贸易日趋开放的国际环境的需求。

图2 臭氧制备与废气回收工艺流程图

表3 臭氧浓度对人体的伤害效果

表4 冷链集装箱应用臭氧消毒的时长统计